La Déformation Plastique Dynamique comme procédé monoétape d’élaboration pour l’optimisation des caractéristiques mécaniques des matériaux de structure : relations microstructure propriétés

Dynamic Plastic Deformation as a single-stage elaboration process for mechanical characteristics optimization applied to structural materials : microstructural - properties relationship

• Auteur / Autrice : Jérôme Mespoulet
• Direction : Guy Dirras, Pierre-Louis Héreil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences matériaux
• Date : Soutenance le 22/12/2020
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (....-2010)
• Jury : Président / Présidente : Jia Li
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Louis Héreil, Salima Bouvier, Halim Haddadi, Salah Ramtani, Nadia Bahlouli, Lukasz Farbaniec, Hocine Kébir
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Salima Bouvier, Halim Haddadi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Déformations (mécanique)

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Hautes pressions

Microstructure (physique)

Béryllium

Cuivre -- Alliages

Mots clés libres

Déformation Plastique Dynamique

Cuivre – Béryllium

Affinement de microstructure 4 Microstructure

, Modélisation Numérique

Dynamic Plastic Deformation

Copper – Beryllium

Copper – Nickel – Tin

Numerical Simulation

Résumé

Dans la famille des alliages de cuivre, le Cu – Be a longtemps été le matériau au compromis de performances conductivité électrique/résistance mécanique le plus élevé. Cependant, en raison de sa toxicité, l’utilisation du Béryllium est devenue contraignante. Des solutions de remplacement portent désormais sur d’autres nuances, de type Cu - Ti, Cu - Ni - Si ou encore Cu - Ni - Sn. Ces derniers n’ont cependant pas encore démontré pleinement leur équivalence. Ainsi, les présents travaux de thèse, qui se sont déroulés dans le cadre du développement de nouvelles microstructures pour répondre aux besoins constants de matériaux performants en conditions hautes pressions fluides (liquide en quasi statique ou gazeux en dynamique), ont permis d’évaluer la capacité du procédé d’élaboration en régime dynamique à élaborer, en une seule étape, des microstructures nouvelles et optimisées, par impact direct à des vitesses de 2250±50s-1 et 4250±50s-1.Les résultats obtenus permettent de dire que les premiers objectifs qui concernaient l’augmentation des propriétés mécaniques macroscopiques ont été atteints pour les deux alliages de l’étude, à savoir Cu - Be et Cu - Ni - Sn. En effet, des gains de ~28 et 23% par rapport aux états initiaux ont été obtenus sans recourir à des ajouts d’éléments d’addition rares, voire stratégiques pour lesquels le marché mondial est contraint (exemples : Ta, V, Nb...). Mieux, l’alliage Cu - Ni - Sn qui est appelé à remplacer, pour l’application envisagée, l’alliage Cu - Be a montré de réels espoirs, quant à sa stabilité microstructurale

In the family of copper alloys, Cu - Be has long been the material with the highest compromise in electrical conductivity / mechanical strength performance. However, due to its toxicity, the use of beryllium has become restrictive. Replacement solutions now relate to other grades, such as Cu - Ti, Cu - Ni - Si or even Cu - Ni - Sn. However, these have not yet fully demonstrated their equivalence. Thus, the present thesis work, which took place within the framework of the development of new microstructures to meet the constant needs for high-performance materials in high fluid pressure conditions (liquid in quasi-static or gaseous in dynamics), made it possible to assess the ability of the dynamic development process to develop, in a single step, new and optimized microstructures, by direct impact at speeds of 2250±50s-1 and 4250±50s-1 The results obtained allow us to say that the first objectives which concerned the increase in macroscopic mechanical properties were achieved for the two alloys of the study, namely Cu - Be and Cu – Ni - Sn. In effect of the gains of ~28 and 23% by the initial states were obtained, without resorting to additions of rare addition elements, see strategic for which the world market is constrained (examples: Ta, V, Nb ...). Better still, the Cu – Ni - Sn alloy which is called upon to replace, for the envisaged application, the Cu - Be alloy has shown real hopes for its microstructural stability