Evolutions microstructurales, écrouissage et endommagement de composites à matrice métallique Fe-TiB₂ en chargement montone inversé

par Manel Kharrat Dammak

Thèse de doctorat en Mécanique et matériaux

Sous la direction de Monique Gasperini et de Patrick Franciosi.

Le président du jury était Jean-Pierre Chevalier.

Le jury était composé de Guy Dirras, David Barbier.

Les rapporteurs étaient Véronique Aubin, Jean-Yves Buffière.


  • Résumé

    L’objectif principal de la thèse est d’analyser les mécanismes de plasticité et d’endommagement d’une nouvelle famille de composites à matrice acier Fe-TiB₂ afin de comprendre les liens microstructure/propriétés mécaniques et appliquer des modèles de comportement prenant en compte différents paramètres de la microstructure, et d’intérêt pour la mise en forme. L’étude porte sur des nuances de composites à teneur en particules fixée et différant par la taille de grain de la matrice. La caractérisation expérimentale des microstructures et textures initiales par MEB/EBSD et DRX a permis d’analyser qualitativement et quantitativement les différents paramètres morphologiques des renforts et de la matrice. L’effet de taille de grain de la matrice et des renforts sur l’écrouissage des ces composites a été étudié par essais de cisaillement simple monotone et inversés qui ont également permis de déterminer la part relative d’écrouissage cinématique des différents matériaux. L’application des résultats à une modélisation phénoménologique de l’écrouissage a permis de décrire le backstress des composites à partir de celui de la ferrite. L’analyse de l’évolution microstructurale avec la déformation de cisaillement, ainsi que des essais de flexion in situ, ont identifié la rupture des particules comme mode d’endommagement prépondérant des composites Fe-TiB₂. L’endommagement dépend de la taille de grain de la matrice, de d’endommagement des matériaux hétérogènes a permis d’estimer les contraintes de rupture des particules sur la base des résultats expérimentaux disponibles.

  • Titre traduit

    Microstructural evolution, strain hardening and damage of Fe-TiB₂ metal matrix composites under monotonic and reverse shear


  • Résumé

    The aim of this work was the plasticity and damage mechanisms analysis of a new steel matrix composites Fe- TiB₂ family to establish the microstructure / mechanical properties relationships then interesting for metal forming simulations in respect with various microstructural parameters. The study was focused on composites with different matrix grain size and a given particle population. The experimental characterization of initial microstructures and textures with SEM/EBSD and XRD permitted the qualitative and quantitative analysis of different morphological parameters of reinforcements and the ferritic matrix. The effect of matrix grain size and reinforcements on the composites hardening is studied based on monotonous and reverse simple shear tests which leads to determine the relative contribution of kinematic hardening. The application of a phenomenological modeling based on these results, has successfully describe the composite backstress evolution. Analysis of the microstructural evolution with shear deformation and with four points bending situ tests has shown a sensitivity of Fe-TiB₂ damage to the matrix grain size, the particles size and to the strain-path change. A damage model of heterogeneous material has been then considered and provides the particles failure stress of on the basis of the available experimental results.


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