Etude des transitions volume-surface des propriétés mécaniques du cobalt de haute pureté : influence des mécanismes de glissement et de maclage

par Gwendoline Fleurier

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, génie mécanique, productique, transport et génie civil

Sous la direction de Eric Hug.

Soutenue en 2016

à Caen , dans le cadre de École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016) , en partenariat avec Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....) (laboratoire) et de Normandie Université (2015-....) (autre partenaire) .

Le président du jury était Luc Rémy.

Le jury était composé de Eric Hug, Luc Rémy, Éric Le Bourhis, Bernard Viguier, František Chmelík, Clément Keller, Julie Marteau, Mayerling Martinez Celis.

Les rapporteurs étaient Éric Le Bourhis, Bernard Viguier.

mots clés

• Effets de taille
• Cobalt
• Écrouissage
• Dislocations dans les métaux -- Propriétés mécaniques
• Macles (cristallographie) -- Propriétés mécaniques
• Métallurgie physique -- Propriétés mécaniques

Résumé

L’occurrence des effets de taille sur les propriétés mécaniques du cobalt a été étudiée sur des échantillons d’épaisseur t et de taille de grain d et donc de nombre de grain dans l’épaisseur t/d. Dès les premiers stades de plasticité, deux régimes linéaires distincts apparaissent dans la loi de Hall-Petch : le régime polycristallin pour les échantillons de hauts t/d et le régime multicristallin pour les faibles t/d pour lequel les contraintes sont fortement diminuées par rapport à celles attendues. (t/d ) qui est le nombre de grain dans l’épaisseur critique délimitant les deux régimes, a la valeur de 14. Cette forte valeur est directement reliée à la faible énergie de faute d’empilement du cobalt. La microstructure du cobalt présente une forte texture basale et une faible proportion de phase secondaire cubique à faces centrées dans une matrice hexagonale compacte. Des analyses en microscopie électronique à transmission permettent caractériser les dislocations et les fautes d’empilement dans les deux phases. Pour compléter cette analyse, deux stades d’écrouissage peuvent être définis : le stade A correspondant à la prédominance du glissement des dislocations et le stade B principalement piloté par le maclage. Il a été montré que les effets de taille dans le cobalt prennent place durant le stade de glissement et peut être relié aux effets de surface précédemment démontrés pour les métaux cubiques à faces centrées.

Titre traduit

Study of the volume-surface transitions on the mechanical properties of high purity cobalt : effect of the gliding and twinning mechanisms

Résumé

The occurrence of size effects in cobalt was examined by the analysis of mechanical properties of samples with thickness t, in a large range of grain size d giving a number of grains across the thickness t/d. On Hall-Petch plots, from the very beginning of plastic strain, two linear behaviors are notable: the polycrystalline one for higher t/d and the multicrystalline one for lower t/d in which the flow stress is strongly reduced. (t/d) is the threshold value between the two behaviors taking a value of around 14. This high value is directly linked to the low stacking fault energy of cobalt. The microstructure of the polycrystalline samples exhibits a strong basal texture and a small proportion of a secondary face-centered cubic phase in a hexagonal close-packed main phase was evidenced. TEM analysis enable to characterize the dislocations and the stacking faults present in the two phases. To complete the analysis, two plasticity stages can be distinguished: stage A corresponding to dislocations gliding and stage B driven by twinning. Size effects in cobalt are found to occur during gliding process and could be related to surface effects as previously shown in face-centered cubic metals.