Théorie de la superplasticité et effets thermiques

par César Mauricio Retamal Bravo

Thèse de doctorat en Mécanique énergétique

Sous la direction de Miguel Lagos Infante et de Najib Laraqi.


  • Résumé

    Dans cette recherche on a analysé l’écoulement plastique d’un polycristal à grains fins, en prenant comme hypothèse que le processus qui limite la vitesse de déformations est le glissement des surfaces de contact des grains et que les grains conservent facilement leurs formes par glissement, le tout pour assurer la continuité spatiale. On montre que si on suppose qu’un polycristal à grains orientés de faon aléatoire, à la manière d'un continuum homogène et isotrope, se comporte comme un milieu dynamique, même à une échelle beaucoup plus grande que la taille des grains, cela conduit à des erreurs grossières. La nature polyédrique des grains influence le flux plastique d’une manière radicale. La vitesse relative des grains adjacents qui est limitée par rapport à la surface de contact, et aussi par la contrainte de cisaillement de cette surface, contribue à leur mouvement relatif. Cette constriction implique nécessairement des variations de volume de grains, qui ne peuvent être élastiques. Comme cela a une limite, l’analyse de fracture devient une étape nécessaire de l’écoulement plastique. Une approche théorique de l’écoulement plastique est développée et l’accent est mis sur la déformation superplastique, à partir de zéro jusqu’à la fracture de celle-ci. La théorie permet d‘expliquer quantitativement les caractéristiques observées dans les matériaux superplastiques et de répondre à de nombreuses questions ouvertes dans ce domaine. On a trouvé de parfaites similitudes avec les expériences, sans paramètre ajustable. Dans le nouveau schéma, la soudure par diffusion est provoquée par l’interpénétration des deux surfaces au niveau du grain. Le procédé est maîtrisé par le champ de contrainte de traction, fortement induit dans le plan de l’interface par la déformation plastique.

  • Titre traduit

    Theory of superplasticity and thermal effects


  • Résumé

    The plastic flow of a polycrystal is analyzed assuming grains as fine that the rate limiting process is grain boundary sliding, and grains readily accommodate their shapes by slip to preserve spatial continuity. It is shown that thinking of a polycrystal with randomly oriented grains as an homogeneous and isotropic continuum may lead to gross errors when dealing with it as a dynamical medium, even in a scale much larger than the gain size. The polyhedral nature of grains influences the plastic flow in a radical manner, as the relative velocity of adjacent grains is constrained to the common boundary plane, and only the in-plane shear stress contributes to their relative motion. Together with the existence of a finite critical shear for sliding, this constriction necessarily involves grain volume variations, which can only be elastic. As this has a limit, fracture follows as a necessary step of plastic flow. A theoretical approach to plastic flow is developed, and emphasis is done in superplastic deformation, from zero to fracture strain. The theory allows to quantitatively explain the observed features of superplastic materials and responds to many open questions in the field. A novel physical explanation for diffusion bonding is essayed, which yields closed-form equations relating the bonding progress with time, temperature, applied pressure and the constants characterizing the material. Excellent quantitative agreement with experiment is attained with no adjustable parameter. In the novel scheme, diffusion bonding is caused by the interpenetration of the two surfaces at the grain level. The process is driven by the strong tensile stress field induced in the plane of the interface by the plastic collapse of the initial surface irregularities.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (90 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.86-90.

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  • Bibliothèque : Université Paris Nanterre. Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T12 PA10-214
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