Etude de L’endommagement en fluage de cuivre par tomographie à rayons X et polissages successifs

par Kévin Abbasi

Thèse de doctorat en Sciences et Génie des Matériaux

Sous la direction de Andras Borbely.

Le président du jury était Yves Bienvenu.

Le jury était composé de Andras Borbely, Yves Bienvenu, Eric Maire, Guillermo Requena, Nathalie Gey.

Les rapporteurs étaient Eric Maire, Guillermo Requena.


  • Résumé

    Les modèles basés sur la mécanique des milieux continus prévoient généralement une déformation à la rupture plus élevée, ainsi qu'une durée de vie en fluage beaucoup plus longue que les valeurs observées expérimentalement. Cette thèse met en évidence deux aspects de cette problématique en analysant l’endommagement à l'aide de tomographie in situ à rayons X de synchrotron et reconstruction 3D de la structure polycristalline par polissages successifs.L’endommagement en termes de fraction surfacique des cavités a été identifié dans les couches de reconstructions tomographiques perpendiculairement à l’axe de déformation. L'évolution de la fraction surfacique des cavités a été comparée avec le modèle de prédiction de Cocks et Ashby. Ce dernier surestime la durée de vie en fluage et sous-estime l’état de l’endommagement. L'importance de l'hétérogénéité initiale de l’endommagement et l’effet de localisation de l’endommagement est également souligné. L'amplitude de la plus grande fluctuation surfacique augmente de façon parabolique en fonction de la fraction surfacique moyenne.Une méthode de sectionnement sériel améliorée basée sur la profilométrie de surface a été développée. Elle permet la mesure précise de l'épaisseur du matériau enlevée localement. Les analyses ont montré que l'emplacement des cavités par rapport aux joints de grains et l’orientation cristallographique des grains au voisinage est similaire pour les échantillons déformé par différents mécanismes de fluage. La population relative des cavités de fluage présente aux joints de grains simples est supérieure à celle présente aux joints triples. Les cavités trouvées aux joints triples, cependant, sont plus grandes.

  • Titre traduit

    X-ray tomography and serial sectioning investigation of creep damage in copper


  • Résumé

    Power law creep damage is one of the most intriguing unsolved phenomena of materials science. Models based on continuum mechanics generally predict a much higher strain to failure, as well as a much longer creep lifetime than experimentally observed values. This thesis highlights two aspects of this problematic by analyzing creep damage in copper using in situ synchrotron tomography and 3D reconstruction of the damaged polycrystal structure by serial sectioning.Damage in terms of the area fraction of voids was first identified in slices of tomographic reconstructions of creep deformed copper. The local and global evolution of cavities area fraction was checked against the Cocks and Ashby model and it was found that the model overestimates creep lifetime and underestimates damage development. The importance of the initial damage heterogeneity and the role of damage localization are also emphasized. It was found that the amplitude of the largest damage fluctuation increases parabolically as a function of cavity’s mean area fraction.An improved serial sectioning method based on surface profilometry was developed, which allows the accurate measurement of the removed local material thickness. The 3D reconstructions enabled identifying the creep voids and the grains of the polycrystal. It was shown that with the exception of the void shape, the relationship between void location at a given grain boundary and crystallographic orientation of the neighbor grains is similar in samples deformed by different creep mechanisms. The relative population of creep voids is higher at simple grain boundaries than at triple junctions. Voids found at a triple boundary, however, are larger.


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