Effets de longueur interne sur les propriétés effectives des polycristaux métalliques : applications aux aciers

Internal lenght effets on effectif properties of metallic polycrystals : application to steels

• Auteur / Autrice : Nicolas Nicaise
• Direction : Marcel Berveiller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 06/11/2009
• Etablissement(s) : Metz
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236
• Jury : Président / Présidente : François Sidoroff
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Colettte Rey, Olivier Castelnau, Thomas Böhlke, Xavier Lemoine, Francis Wagner, Stéphane Berbenni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polycristaux

Microstructure (physique)

Acier

Mots clés libres

Microstructure

Taille des grains

Matériaux élasto-viscoplastiques

Schéma

Auto-cohérent

Longueurs internes

Hétérogénéités plastiques

Aciers IF

Résumé

Ce travail a pour but d’étudier les effets des longueurs internes, comme la taille des grains, sur le comportement mécanique des aciers IF par le biais de modélisations micromécaniques. Après une revue bibliographique des différents effets d’échelle observés en plasticité (effet taille des grains) et de quelques méthodes de transition d’échelle existantes, ce travail se décompose en trois étapes. Dans un premier temps, un schéma auto-cohérent écrit dans le cadre de l’élasto-viscoplasticité est utilisé afin d’étudier les effets de la dispersion de taille de grains sur le comportement mécanique d’agrégats polycristallins, en négligeant les hétérogénéités d’origine cristallographique. Ces effets sont aussi importants que ceux de la taille moyenne des grains et de la texture cristallographique. Dans un second temps, le même schéma de transition d’échelle est utilisé afin d’étudier les effets combinés de la dispersion de taille de grains et des orientations cristallographiques. Il apparaît alors que l’effet de la dispersion de taille de grains est effectivement plus important que l’effet de la texture cristallographique sur le comportement mécanique en traction. Néanmoins, la dispersion de taille de grains n’a que peu d’effet sur l’anisotropie plastique des aciers IF. La troisième étape consiste à développer de nouvelles approches, à champs de déformation non uniformes dans les grains, afin de capter des effets de taille de grains par le biais de nouvelles lois d’interaction. Ainsi, deux différentes modélisations à longueurs internes sont proposées : l’une “discrète”, considérant des distributions de dislocation contrainte au joint de grains, et l’autre “moyenne”, avec la prise en compte d’un gradient de déformation plastique dans une zone près du joint de grains. Ces nouvelles approches permettent de reproduire les effets de taille de grains sur le comportement mécanique des matériaux métalliques, en particulier pour les aciers IF

The objective of this work is to study the effects of internal lengths, as the grain size on the mechanical behavior of IF steels with micromechanical models. After a literature review about different length scale effects observed in plasticity (grain size effects...) and existing scale transition methods, this work is divided into three steps. First of all, a self-consistent scheme written for heterogeneous elastic-viscoplastic materials is used to study the grain size dispersion effects on the mechanical behavior of polycrystalline aggregates, ignoring the heterogeneities of crystallographic orientations. These effects are as important as those due to the average grain size and crystallographic texture. In a second time, the same transition scale scheme is used to study the combined effects of grain size dispersion and crystallographic orientation. It appears that the effect of the grain size dispersion is larger than the effect of crystallographic texture on the tensile behavior. The third step is to develop new approaches with non-uniform plastic deformation inside the grain, in order to capture the effects of grain size through new interaction laws. Thus, two different models are proposed : a “discrete” one, considering dislocation distributions constrained by grain boundaries, and, an “averaged” one, accounting for plastic strain gradient in the region close to grain boundaries. These new approaches allow to reproduce the grain size effects observed on the mechanical behavior of metallic materials, in particular for IF steels