Modélisation du champ de phase du couplage entre évolution microstucturale et propriétés mécaniques

par Maeva Cottura

Thèse de doctorat en Physique et Chimie des matériaux

Sous la direction de Yann Le Bouar et de Alphonse Finel.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .


  • Résumé

    Les transformations de phase à l’état solide dans les alliages conduisent à une large variété de microstructures à l’échelle mésoscopique. Dans le cadre d’une modélisation Champ de Phase, nous analysons l’influence des forces motrices mécaniques i. E. D’origine élastique et plastique, sur l’évolution microstructurale dans les alliages. Un développement majeur réalisé dans ce travail est la prise en compte, à une échelle continue, des phénomènes de confinement de la plasticité lors de l’évolution microstructurale. Cet objectif est atteint grâce au couplage d’un modèle de Champ de Phase à un modèle de viscoplasticité isotrope de type second gradient, issu de la mécanique des milieux continus généralisés. Nous avons ensuite amélioré la description de la plasticité à l’aide d’un modèle anisotrope basé sur des densités de dislocations. L’application première de ce modèle couplé concerne l’étude de l’évolution microstructurale des superalliages base Ni, notamment la mise en radeaux se produisant au cours du fluage du matériau. Les modèles permettent de décrire le changement de comportement mécanique des couloirs de phase γ lorsque leur largeur évolue. Toutefois, dans le cadre du fluage [100], les conséquences de ce phénomène sur l’évolution morphologique sont modérées. Enfin, un modèle de Champ de Phase a été développé pour étudier la croissance de précipités aciculaires tels que ceux observés dans les alliages de titane, caractérisés par des structures dites de Widmanstätten. Nous montrons qu’une forte anisotropie élastique permet d’expliquer l’obtention d’un régime de croissance stationnaire lors d’un recuit isotherme.

  • Titre traduit

    Phase field modeling : coupling between microstructural evolution and mechanical properties


  • Résumé

    Solid state phase transformations in alloys produce a large variety of microstructures at the mesoscale. In the Phase Field framework, the influence of the mechanical driving forces i. E. Elastic and plastic, on microstructure evolution is analyzed. A major achievement of this work is the consideration, within a continuous modeling, of the consequences of the confinement of plasticity during microstructure evolution. First, it has been achieved by coupling a Phase Field Model to an isotropic strain gradient viscoplasticity model coming from generalized continuum mechanics. In a second step, the description of plasticity has been improved using a crystalline viscoplasticity-dislocations density based model. The model is applied to study microstructure evolution in Ni-based superalloys, more precisely, rafting during creep loading. Both models account for the change in mechanical behavior of the γ phase when the width of the γ channel evolves. However, for the [100] creep, the consequences of this phenomenon on the morphological evolution are moderate. Finally, a Phase Field Model has been developed to study the growth of acicular precipitates such as the ones observed in Ti-based alloys, characterized by Widmanstätten structures. We have shown that a strong elastic anisotropy can explain the stationary growth regime observed during isothermal aging.

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  • Détails : 1 vol. (236 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.215-236

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