Caractérisation et modélisation des microstructures et des textures d'alliages ferritiques en grande déformation : genèse d'alliages à grains ultrafins

par Sze Mei Lim

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Frank Montheillet.

Soutenue en 2008

à Saint-Etienne, EMSE .


  • Résumé

    L’affinement de la microstructure par l’application de déformations intenses (>> 1) permet une amélioration de certaines propriétés mécaniques d’un matériau, notamment une augmentation de la limite d’élasticité à travers la loi de Hall et Petch, tout en évitant des ajouts importants d’éléments d’alliage. La maîtrise de la production d’aciers à grains ultrafins (1 à 2 μm) conduirait donc à des allègements de structures tout en assurant un recyclage aisé. Dans ce travail, l’affinement de la microstructure par torsion et par compression multiaxiale a été étudié dans deux alliages modèles, Fe-C et Fe-Nb. Des analyses par EBSD montrent que l’affinement a lieu par la fragmentation de la microstructure initiale impliquant des processus microstructuraux et texturaux associés à la recristallisation dynamique continue (RDC). Le meilleur affinement a lieu à une température intermédiaire qui se situe entre des températures qui correspondent à la déformation « à froid » et « à tiède » du matériau ; sa position exacte varie selon la composition chimique et elle est plus élevée dans le Fe-Nb que dans le Fe-C. La torsion s’avère plus efficace que la compression multiaxiale car elle permet de générer une plus grande proportion de parois de forte désorientation et une taille de microstructure plus fine pour la même déformation totale appliquée. Toutefois, le développement d’une texture composée majoritairement d’une seule orientation D2 (1 12)[111] au régime stationnaire en torsion (cisaillement négatif) va à l’encontre de l’affinement car cela entraîne la coalescence de sous-grains voisins qui sont les produits de la fragmentation aux premiers stades de la déformation. Un modèle de textures incorporant la croissance sélective des grains provoquée par des gradients de taux d’écrouissage entre grains d’orientations diverses montre que la formation de l’orientation D2 est fortement liée à la migration des joints de grains. L’addition d’une petite quantité (500 ppm massique) de niobium, qui est réputé pour freiner les joints de grains par un effet de traînage des solutés, permet de ralentir la formation d’une telle texture et donc d’assurer la persistance d’une taille de microstructure ultrafine.

  • Titre traduit

    Characterization and modeling of microstructures and textures of ferritic alloys at large strains : production of ultra-fine grain microstructures


  • Résumé

    L’affinement de la microstructure par l’application de déformations intenses (>> 1) permet une amélioration de certaines propriétés mécaniques d’un matériau, notamment une augmentation de la limite d’élasticité à travers la loi de Hall et Petch, tout en évitant des ajouts importants d’éléments d’alliage. La maîtrise de la production d’aciers à grains ultrafins (1 à 2 μm) conduirait donc à des allègements de structures tout en assurant un recyclage aisé. Dans ce travail, l’affinement de la microstructure par torsion et par compression multiaxiale a été étudié dans deux alliages modèles, Fe-C et Fe-Nb. Des analyses par EBSD montrent que l’affinement a lieu par la fragmentation de la microstructure initiale impliquant des processus microstructuraux et texturaux associés à la recristallisation dynamique continue (RDC). Le meilleur affinement a lieu à une température intermédiaire qui se situe entre des températures qui correspondent à la déformation « à froid » et « à tiède » du matériau ; sa position exacte varie selon la composition chimique et elle est plus élevée dans le Fe-Nb que dans le Fe-C. La torsion s’avère plus efficace que la compression multiaxiale car elle permet de générer une plus grande proportion de parois de forte désorientation et une taille de microstructure plus fine pour la même déformation totale appliquée. Toutefois, le développement d’une texture composée majoritairement d’une seule orientation D2 (1 12)[111] au régime stationnaire en torsion (cisaillement négatif) va à l’encontre de l’affinement car cela entraîne la coalescence de sous-grains voisins qui sont les produits de la fragmentation aux premiers stades de la déformation. Un modèle de textures incorporant la croissance sélective des grains provoquée par des gradients de taux d’écrouissage entre grains d’orientations diverses montre que la formation de l’orientation D2 est fortement liée à la migration des joints de grains. L’addition d’une petite quantité (500 ppm massique) de niobium, qui est réputé pour freiner les joints de grains par un effet de traînage des solutés, permet de ralentir la formation d’une telle texture et donc d’assurer la persistance d’une taille de microstructure ultrafine.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure des mines. Centre de documentation et d'information.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 531a LIM
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