Microstructure, déformation et endommagement d'un revêtement de zinc sur tôle d'acier

par Rodolphe Parisot

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de André Pineau et de Samuel Forest.

Soutenue en 2001

à Paris, ENMP .

mots clés

• Acier galvanisé
• Clivage
• Déformation
• Diffraction électron
• Endommagement
• Microstructure
• Revêtem̀ent métallique
• Tôle
• Tôle d'acier
• Revêtement métallique
• Zinc
• Matériaux -- Fatigue

Résumé

Les tôles d'acier galvanisées au trempé sont largement utilisées dans l'industrie automobile. Au cours des phases d'emboutissage, on constate parfois des pertes de revêtement de zinc qui, si elles n'ont pas d'incidences sur la protection cathodique du substrat ferritique, polluent les presses dont le nettoyage est long et coûteux. Au cours de ce travail, nous avons cherché à identifier les modes de déformation et d'endommagement qui sont préalables à toute perte de revêtement. Les revêtements étudiés sont composés d'une couche de zinc monocristalline dans son épaisseur. Trois types de revêtements ont été étudiés: ils se différencient uniquement par leur microstructure. Le premier revêtement possède de gros grains ou grains "crêpes" qui ont une taille de 600"micro"m dans le plan de la tôle pour une épaisseur de 10"micro"m. Le second revêtement est identique au premier mais avec de nombreuses petites macles introduites par l'opération de skin-pass (un laminage de faible amplitude sur la tôle déjà revêtue). Le troisième revêtement étudié possède des petits grains, toujours monocristallins dans l'épaisseur, mais avec une taille dans le plan de la tôle réduite à 40"micro"m. Ce dernier revêtement a été obtenu a l'aide d'un traitement thermique de recristallisation pratiqué après le skin-pass. En plus de ces trois revêtements, on a étudié la déformation d'un zinc massif de composition identique à celle des revêtements. Les modes de déformation ont été systématiquemement analysés pour ces trois revêtements et ce pour des sollicitations de traction simple, de traction large et d'expansion équibiaxiale. Cette analyse repose sur une utilisation conjointe de l'EBSD (diffraction des électrons rétrodiffusés) et des moyens classiques de microscopie. Les résultats obtenus sont comparés avec ceux observés sur le zinc massif. Tandis que celui-ci se déforme par glissement basal, comme nous l'enseigne la bibliographie, les revêtements activent de nombreux systèmes de déformation et se déforment essentiellement par glissements non-basals et par maclage. On montre que ce résultat surprenant n'est pas uniquement dû à la texture fortement basale des revêtements. A l'aide de modélisations multicristallines par éléments finis prenant en compte la microstructure des revêtements, on explique en particulier comment la présence du substrat implique l'activation de nombreux modes de déformation. L'effet de la multiaxialité du chargement est également étudié.

Titre traduit

Microstructure, deformation and damage mechanisms of zinc coating on galvanized steel sheet

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