L’analyse cristallographique de la transformation de phase hydrure et ses effets sur les propriétés mécaniques dans un titane commercialement pur
Auteur / Autrice : | Qian Wang |
Direction : | Christophe Schuman, Jean-Sébastien Lecomte |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences des matériaux |
Date : | Soutenance le 26/02/2021 |
Etablissement(s) : | Université de Lorraine |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....) |
Jury : | Président / Présidente : Jian Wang |
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Schuman, Jean-Sébastien Lecomte, Salima Bouvier, Éric Fleury, Egle Conforto | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Jian Wang, Salima Bouvier |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
La nucléation et la formation d'hydrures jouent un rôle important sur la durée de vie des alliages de Ti. Dans ce travail, la transformation d’hydrure en fonction de l’orientation cristalline dans le titane commercial pur est étudiée expérimentalement et théoriquement. Les deux relations d'orientation dominantes (OR) de la transformation des hydrures obtenus par une méthode de chargement électrolytique de l'hydrogène sont {0001} // {001} <12̅10> // <110> avec le plan d’interface (OR1) et {0001} // {11̅1} <12̅10> // <110> avec le plan d’interface de {101̅3} // {11̅0} (OR2). Les orientations des grains avec des plans d'interface {101̅0} ou {101̅3} parallèles à la surface de diffusion sont les plus favorables à la formation des hydrures ayant les OR1 et OR2, respectivement. Les variants d'hydrure avec un plan d'interface parallèle à la surface de diffusion sont choisis préférentiellement en raison de leur plus grande capacité d'adaptation à la déformation. L'axe c ou l'axe a parallèle à la direction de diffusion sont des orientations défavorables, en raison des interactions complexes entre les différents variants des hydrures. Les microstructures de la couche d'hydrure ont été caractérisées afin d'étudier les mécanismes d’accommodation lors de la transformation des hydrures. Des mécanismes d’accommodation plastique sont nécessaires à l'intérieur de la couche d'hydrure. Des macles d'extension {101̅2} et de contraction {112̅2} sont induits à l’interface des platelets d’hydrure OR2. Le variant de macle sélectionnée a la plus grande capacité d'accommodation de la distorsion locale lors de la nucléation des hydrures. Les macles {101̅2} sont transformées en macles {101̅1} afin de poursuivre la croissance des platelets d'hydrure. La microstructure des hydrures dans la section transversale de la couche d'hydrure a été observée. Les interactions des différentes variants d'hydrure relaxent la déformation anisotrope à l'intérieur de la couche. La paire d'hydrures intergranulaires est un autre comportement d'accommodation pendant l'hydrogénation. Ce mécanisme se forme sur des joints à faible désorientation (< 30o) et à forte désorientation (75o< θc < 85o). Les propriétés mécaniques de la surface du titane modifiée par le chargement en hydrogène a été étudiée par nanoindentation et en traction. Après l'hydrogénation, la dureté augmente tandis que le module élastique diminue en raison de la formation d'hydrures. La dureté dépendant de l'orientation de l'hydrure δ- formé après 168 h de charge est moins sensible que celle de α-Ti. La valeur HIT moyenne de l'hydrure δ est de 3.8 ± 0.3 GPa, ce qui est supérieur à la matrice de titane (2.8 ± 0.3 GPa). L’hydrure est plus dur que la matrice. En traction, la couche d'hydrure est peu déformable. Des interactions entre les dislocations et les macles se produisent pour les platelets OR2. On observe que du glissement prismatique traverse les hydrures et que les hydrures limitent la croissance et l’élargissement des macles de tension {101̅2}.