Modélisation des textures et de l'écrouissage dans le procédé d'extrusion angulaire à section constante

Modelling of textures and strain hardening in equal channel angular extrusion

• Auteur / Autrice : Roxane Arruffat-Massion
• Direction : László S. Toth, Alain Molinari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur. Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPMM - Laboratoire de Physique et Mécanique des Matériaux - FRE 3236

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux métalliques

Cristaux -- Propriétés plastiques

Extrusion (mécanique)

Simulation, Méthodes de

Écrouissage

Mots clés libres

Grandes déformations

Textures cristallographiques

Autocohérent

Aluminium

Modélisation en ECAE

Ecrouissage

Taylor

Cuivre

Résumé

L'extrusion angulaire à section constante (Equal Channel Angular Extrusion de son nom anglophone) suscite, dans le monde de la recherche, une attention toute particulière ces dernières années. Ce procédé, développé par Segal en 1974, permet d'obtenir d'importantes déformations plastiques et met en évidence le durcissement du matériau jusqu'à sa limite théorique ainsi que le développement d'une microstructure très fine (formée de grains de taille submicronique (100nm). Un nouveau modèle analytique est présenté en utilisant une fonction de lignes d'écoulement pour décrire la déformation matérielle en ECAE. Validée par des calculs en éléments finis, cette nouvelle approche permet la simulation de textures cristallographiques avec l'aide de codes de plasticité polycristalline (autocohérent et Taylor). Des comparaisons détaillées ont été faites avec des textures expérimentales de matériaux tels que le cuivre ou l'aluminium pour différents chemins de déformation (route A, B et C, caractéristiques de l'ECAE). Il a été démontré que le nouveau modèle décrit mieux l'évolution des textures que d'autres approches comme celles du cisaillement discontinu. L'approche de lignes d'écoulement a également été incorporée dans un modèle basé sur la structure des cellules de dislocations du matériau afin de calculer l'écrouissage. Ce dernier a été entièrement modélisé de manière analytique jusqu'à de très grandes déformations. Les courbes d'écrouissage en ECAE présentent un maximum pour chaque passe dans le dispositif. Ce phénomène est lié à la variation de la vitesse de déformation lors du passage de l'échantillon dans la zone plastique.

Equal channel angular extrusion (ECAE) causes a very detailed attention these last years. This process has developed by Segal in 1974 to achieve severe plastic deformation without changing the sample dimensions. By this technique the material can be hardened near to its theoretical limit, at the same time, a very fine microstructure develops (consisting of near nano-crystals). A new analytical model is presented by using a flow function to describe the material deformation in ECAE. Validated by finite element calculations, this new approach allows the simulation of crystallographic textures with polycrystalline plasticity approaches (two models were employed: self-coherent and Taylor). Detailed comparisons were made with experimental textures for copper and aluminium for various ways of deformation (route A, B and C, characteristic of the ECAE). It was shown that the new model describes the evolution of the textures better than earlier approaches like the model of discontinuous shearing. The flow line approach is incorporated into a hardening model based on the dislocation cell structure of the metal. In this way strain hardening is modelled in a fully analytic way up to large strains. The evolution of the crystallographic texture was taken into account with the help of Taylor factors obtained from self consistent viscoplastic polycrystalline simulations. The model calculations led to good agreements with the experimental curves for the material considered (OFHC copper).