Mécanismes de déformation plastique près des joints de grains dans un alliage à moyenne entropie de CrCoNi

Mechanisms of plastic deformation near grain boundaries in CrCoNi medium entropy alloy

• Auteur / Autrice : Frederic Habiyaremye
• Direction : Nabila Maloufi, Antoine Guitton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 08/03/2022
• 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 : Stéphane Berbenni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nabila Maloufi, Antoine Guitton, Christian Motz, Anna Fraczkiewicz, Jean-Philippe Couzinie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Motz, Anna Fraczkiewicz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoindentation

Microscopie électronique

Dislocations dans les métaux

Déformations (mécanique)

Joints de grains

Alliages cobalt-chrome-nickel

Mots clés libres

Alliage métallique

Dislocation

Déformation plastique

Caractérisation

Microscope électronique

Nanoindentation

Alloys

Dislocation

Plastic deformation

Characterization

Electron microscope

Nanoindentation

Résumé

Les interactions entre les dislocations et les joints de grains influencent de manière significative la résistance des matériaux métalliques, comme le prouve la célèbre relation de Hall-Petch. Cette dernière est particulièrement efficace dans l'alliage à moyenne entropie de CrCoNi, car cet alliage présente une pente de Hall-Petch plus élevée que la plupart des alliages conventionnels. Cependant, la relation suppose que tous les joints de grains sont de même type et répondent de la même manière aux dislocations entrantes, ce qui n'est pas vrai dans les matériaux polycristallins. Par conséquent, la compréhension des interactions entre les dislocations et les différents joints de grains dans les alliages à entropie moyenne CrCoNi est très importante pour la conception de joints de grains optimisés, mais aussi pour améliorer la performance des alliages technique. Cette thèse a utilisé « accurate electron channeling contrast imaging » pour examiner l'évolution de la microstructure avant et après la nanoindentation d'échantillons monocrystallin et polycristallin de l’alliage de CrCoNi. De plus, des calculs numériques d'élasticité et des simulations atomistiques ont été utilisés pour accéder à des cas non disponibles dans les expériences. Les résultats ont révélé que les mécanismes responsables de la plasticité naissante sont la nucléation homogène et hétérogène des dislocations, qui sont contrôlées par la distance entre l'axe d'indentation et la dislocation la plus proche et différentes configurations de dislocations. Les dislocations nucléées s'empilent le long de plans de glissement spécifiques aux cubique face centrées jusqu'à ce qu'elles rencontrent les joints de grains. Le grain à faible angle accommode de la plasticité en bloquant et en absorbant les dislocations du réseau entrant ainsi que le mouvement collectif de ses dislocations constitutives. De même, les macles s'accommodent de la plasticité en bloquant et en absorbant les dislocations. De plus, le glissement a été transféré d'un grain à l'autre à proximité de la macle. Les résultats de cette thèse apportent un nouvel éclairage sur la plasticité intragranulaire et les interactions des dislocations du réseau avec les joints de grain à faible angle et les macles, ainsi que sur leurs réponses micromécaniques respectives dans les matériaux métalliques, en particulier les alliages à moyenne et haute entropie

The interactions of dislocations and grain boundaries significantly influence the strength of metallic materials, as proven by the well-known Hall-Petch relationship. The latter is particularly effective in the CrCoNi medium entropy alloy because the alloy exhibit a higher Hall-Petch slope than most conventional alloys. However, the relation assumes that all grain boundaries are of the same types and respond equally to incoming dislocations, which is not true in polycrystalline materials. Therefore, the understanding of the interactions of dislocations different grain boundaries in CrCoNi medium entropy alloys is very crucial for the design of optimized grain boundaries, but also for improving the performance of other engineering alloys. This thesis employed accurate electron channeling contrast imaging to examine evolution of microstructure before and after nanoindentation of single and polycrystalline samples of CrCoNi medium entropy alloys. Moreover, numerical elasticity calculations and atomistic simulations were used to access cases unavailable from the experiments. The results revealed mechanisms responsible for the incipient plasticity are homogeneous and heterogeneous nucleation of dislocations, which are controlled by distance from the indentation axis to the nearest dislocation and different configurations of dislocations. The nucleated dislocations pile up along specific face-centered slip planes until they meet grain boundaries. Low angle grain accommodates plasticity by blocking and absorbing incoming lattice dislocations as well as collective motion of its constitutive dislocations. Similarly, the twin boundary accommodates plasticity by blocking and absorption of dislocations. Moreover, the slip was transferred from one grain to the other adjacent to the twin boundary. The results of this thesis bring new insights into intragranular plasticity and interactions of lattice dislocations with low angle and twin boundaries as well as their respective micromechanical responses in metallic materials, specifically, medium- and high-entropy alloys