Contribution micromécanique au comportement multi-échelles d'un matériau composite élastoplastique lamellaire : Application à l'étude des effets du recyclage sur la tréfilabilité d'un acier perlitique industriel

Microchemical modelity of the multiscole behaviour of a nanolamellar elastoplastic composite material

• Auteur / Autrice : Raphaëlle Krummeich
• Direction : Marcel Berveiller, André Eberhardt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et matériaux
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micromécanique (ingénierie)

Tréfilage

Résumé

Les fils d'acier perlitique peuvent atteindre une résistance en traction de l'ordre de 4 GPa et conserver une certaine ductilité. Cette propriété exceptionnelle (proche de la résistance des wiskers) est liée au processus de tréfilage à froid qui réduit la taille λ [lambda] de la microstructure lamellaire en proportion au diamètre du fil (selon le principe de similitude de J. D. Embury) et induit la formation de textures cristallographique et morphologique : les lamelles monocristallines adoptent un comportement élastoplastique. Généralement, l'écrouissage en tréfilage est obtenu - en théorie - par la combinaison d'une loi de Hall-Petch macroscopique en λ -½ et du principe de similitude appliqué au tréfilage. Dans le cas présenté, la taille initiale de la structure (quelques 10nm) n'autorise pas le mécanisme d'empilement de dislocations. L'approche proposée a pour l'objectif de modéliser l'écrouissage en tréfilage des aciers perlitiques, à l'aide de méthodes de transitions d'échelles, basées sur un mécanisme de non-empilement de disclocations. La diminution du libre parcours moyen des dislocations en proportions de l'espacement interlamellaire λ [lambda] est l'éffet déterminant étudié ici; on ne prend pas en compte les textures cristallographiques développées au cours du tréfilage. Cette méthode simple pour calculer la courbe d'écrouissage en tréfilage donne une pente égale à ¼ , ce qui coïncide avec les résultats expérimentaux. En conclusion, une pente d'écrouissage en tréfilage de 1/4 signifie pas que le mécanisme déterminant est l'empilement de dislocations à l'échelle la plus fine, même si une loi macroscopique de Hall-Petch est nécessaire pour obtenir la valeur de la pente d'écrouissage, en combinaison avec le principe de similitude. En d'autres termes, le processus d'homogénéisation (ou de moyenne) utilisé pour relier la résistance macroscopique à l'évolution de la taille et de l'histoire de la microstructure nécessite plus de finesse comme proposé dans ce modèle

Pearlitic steel cords may reach a tensile strength up to 4 GPa and still exhibit some ductility. This unusual property (close to wiskers strength) is related to the process of cold drawing which reduces the size λ [lambda] of the lamellar substructure, in proportion to the wire diameter (Embury's similitude principle) and induces the formation of crystalline and morphological textures : the single crystal lamellae behave elastoplastically. Usually, the draw hardening is theoretically explained in terms of the combination of a macroscopic Hall-Petch law in λ [exposant] -½ , with the similitude principle applied to wire drawing. In the case studied, the initial size of the substructure (some 10 nm) does not allow a dislocation's pile-up mechanism. However, the experimental draw hardening exhhibit a slope (In(Rm) = k ∈drawing) with k=1/4, which is consitent with a macroscopic Hall-Petch law of type kH. P. λ -½. Using a scale transition method based on a non pile-up model for dislocations, the theory proposed here aimed to model the draw hardening of lamellar pearlitic steel. The reduction of the dislocation's mean free path in proportion to the lamellar spacing λ is the main factor studied here, taking no account of the cristalline textures developped during wire drawing. This simple method for calculating the draw hardening curve results in a slope of value ¼ , which is the experimental one's. Thus, a draw hardening slope of 1/4 does not mean a dislocation's pile-up mechanism at the microscale. In other words, the averaging process used to relate the macroscopic strength to the size and the history evolution of the microstructure needs refinements as proposed in this model