Caractérisation de l’hétérogénéité du champ des déformations élastiques dans les matériaux polycristallins par diffraction des rayons X et des neutrons : application à un acier duplex

Title Characterization of the heterogeneities of the elastic strain field in polycrystalline materials using X-ray and neutrons diffraction - application with a duplex steel

• Auteur / Autrice : Christophe Le Bourlot
• Direction : Olivier Castelnau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et matériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résolution (optique)

Micromécanique (physique du solide)

Contraintes (mécanique)

Polycristaux

Rayons X -- Diffraction

Résumé

Résumé Le travail présenté concerne l’étude de l’hétérogénéité du champ des déformations élastiques par di#raction des rayons X et des neutrons, avec application à un acier duplex. Nous avons montré que le calcul des premier et second moments des pics de Bragg, peu utilisé à notre connaissance, permet une interprétation mécanique des données expérimentales sans apporter d’information a priori sur la forme des distributions de champs. Les incertitudes associées ont été exprimées en fonction des conditions d’acquisition des données, permettant ainsi de définir à l’avance la résolution du protocole expérimental nécessaire au but recherché. La mise en place d’un code de calcul basé sur le lancé de rayons nous a permis de préciser la réponse instrumentale de deux dffractomètres « haute résolution » de laboratoire. Ces approches ont été mises en œuvre dans le cadre de mesures en traction in-situ réalisées en rayonnement synchrotron et diffusion de neutrons afin de comparer l’influence des montages expérimentaux. Parmi les résultats, nous mettons clairement en évidence un affinement des pics de Bragg lors de la mise en charge de l’éprouvette, dans le domaine élastique. L’application de méthodes d’homogénéisation en champs moyens a permis de montrer que ce résultat est dû au couplage entre les contraintes résiduelles provenant de l’élaboration du matériau, et le champ hétérogène des contraintes provenant du chargement macroscopique. Enfin, nous montrons que les mesures de diffraction en volume, qui sont des mesures de champ dans l’espace des orientations, fournissent une base de données conséquente pour l’identification de modèles micromécaniques.

Abstract The present work focuses on the study of the elastic strain field heterogeneities using diffraction techniques on synchrotron and neutrons facilities, with application to a duplex steel. We have shown that first and second order moments of Bragg peaks, under-used as far as we know, are best suited for a mechanical interpretation of the experimental data, since no additional a priori information about the shape of the distribution of the strain field needs to be introduced. The related uncertainties are expressed as function of the experimental setup, and give the possibility to estimate the experimental protocol needed to reach the sought resolution. A ray-tracing software was developed and used to determine the instrumental function of two laboratory "high resolution" diffractometers. These approaches were used during in-situ loading tests under synchrotron and neutrons beams in order to compare the effect of the experimental setup on data. As a result, we clearly showed a refinement of the Bragg peaks during the elastic loading of duplex specimens. Using a mean field homogenization model, we showed that this feature comes from a coupling between the residual stress field resulting from the elaboration process and the heterogeneous stress field induced by the macroscopic loading. Finally, we show that volumetric di#raction measurements, which can be considered as field measurements in the orientation space, provide a large and complete database suitable for the identification of micro-mechanical models.