3d visualization for microstructure characteristics and damage evolution in dual phase titanium alloy

par Ning Dang

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Eric Maire et de Lian Zhou.

Soutenue le 25-07-2019

à Lyon en cotutelle avec Beihang university (Pékin) , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec Institut national des sciences appliquées de Lyon (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) , MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science - UMR 5510 (Rhône) (laboratoire) et de Matériaux- ingénierie et science [Villeurbanne] / MATEIS (laboratoire) .

Le président du jury était Vincent Tournat.

Le jury était composé de Eric Maire, Lian Zhou, Vincent Tournat, Wei Sun, Shuming Xing, Sophie Cazottes.

Les rapporteurs étaient Wei Sun, Shuming Xing.

  • Titre traduit

    Visualisation 3D des caractéristiques de la microstructure et de l'évolution des dommages dans un alliage titanique à deux phases


  • Résumé

    Le titane et ses alliages, qui possèdent des propriétés intégrées, notamment une faible densité, une résistance spécifique élevée et une excellente résistance à la corrosion, sont des "bêtes de somme" dans le domaine des industries modernes. Au cours des dernières années, avec le développement des technologies industrielles, nous avons imposé des exigences strictes aux propriétés des composants fabriqués en alliages de titane dans des environnements difficiles. Comment explorer d'autres propriétés potentielles dans les alliages de titane? Une telle question a attiré les yeux des chercheurs. Par conséquent, afin de révéler de manière intensive le micromécanisme des dommages et des fractures pour les alliages de titane, il est tout à fait nécessaire de renforcer nos connaissances sur les caractéristiques de la microstructure et les caractéristiques d'évolution des dommages, en particulier sur l'interaction entre les caractéristiques de la microstructure et le développement des vides. Dans cette thèse, visant à la variation des morphologies de la microstructure au cours du développement des dommages, basée sur une approche de tomographie par rayons X (tomographie à rayons X), une méthodologie intégrée comprenant une expérience in situ et une simulation CP (Crystal Plasticity) a été mise en œuvre pour morphologies de microstructure et comportement de nucléation / propagation de vide de l'alliage Ti-6Al-4V (TA6V) au cours de l'évolution des dommages. En outre, avec l’aide d’une modélisation RVE (élément de volume représentatif) réaliste basée sur la microstructure et d’une simulation de déformation subséquente, combinant post-mortem par SEM / EBSD, nous avons révélé le mécanisme de développement des dommages en analysant de manière approfondie les caractéristiques de fracture. Enfin, la corrélation entre microstructure et évolution est discutée sur la base de simulations et d’expériences.


  • Résumé

    Titanium and its alloys, which have integrated properties including low density, high specific strength and excellent corrosion resistance, are "workhorses" in the field of modern industries. In recent years, with the development of industrial technologies, we have strict requirements on the properties of components made by titanium alloys in severe environment. How to explore further potential properties in titanium alloys? Such question has attracted researchers' eyes. Therefore, in order to reveal the micro-mechanism of damage and fracture for titanium alloys intensively, it is quite necessary to enhance our knowledge on the microstructure characteristics and damage evolution features, particularly on the interplay between microstructure characteristics and voids development. In this thesis, aiming at the variation of microstructure morphologies during damage development, based on X-ray computed tomography (X-ray CT) approach, an integrated methodology containing in situ experiment and CP (Crystal Plasticity) simulation was implemented to focus on the microstructure morphologies and void nucleation / propagation behavior of Ti-6Al-4V (TA6V) alloy during damage evolution. Besides, with the help of realistic microstructure-based RVE (Representative Volume Element) modeling and subsequent deforming simulation, combining with post-mortem by SEM / EBSD, we have revealed the mechanism for damage development by severely analyzing the fracture features. Finally, the correlation between microstructure and evolution is discussed on the basis of simulations and experiments.


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