Analyse cristallographique de la sélection des variants de macles et des fonctions macles-macles dans un titane commercialement pur

Crystallographic analysis of twin variant selection and twin-twin junctions in commercially pure titanium

• Auteur / Autrice : Shun Xu
• Direction : Christophe Schuman, Jean-Sébastien Lecomte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 28/08/2017
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Doquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salima Bouvier, Irene J. Beyerlein, László S. Toth, Jian Wang
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Doquet, Salima Bouvier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Dislocations dans les cristaux

Titane

Macles (cristallographie)

Mots clés libres

Titane

Maclage

Variante

Accommodation

Facteur de Schmid

Titanium

Twinning

Variant

Accommodation

Schmid Factor

Résumé

Le titane et ses alliages sont très largement étudiés en raison de leur grande utilisation dans l'industrie chimique, les implants médicaux et les industries aérospatiales. Vu le rôle important dans la déformation plastique, le maclage a été largement étudié dans les métaux hexagonaux L'état de contrainte locale peut être modifié par maclage, ce qui influence les modes séquentiels de déformation tels que le glissement, le maclage et le maclage secondaire Ainsi, il existe une demande urgente pour comprendre le mécanisme associé à la déformation induite par maclage, utile pour le développement de modèles prédictifs qui peuvent décrire les événements ultérieurs induits par maclage, ainsi que leurs corrélations avec les microstructures. Dans ce travail, l'analyse cristallographique de la sélection de variantes de macles et des jonctions macle-macle (TTJ= twin-twin junction) est appliquée sur du titane commercialement pur. Un nouveau mécanisme de maclage séquentiel, où les macles {101̅2} sont stimulées par des jonctions macle {112̅1}-macle, est observée par EBSD quasi in situ. Un autre mécanisme de maclage séquentiel a été trouvé lorsque le maclage de compression {112̅2} contient une macle d'extension {101̅2} près des joints de grain à forte désorientation. L'accommodation est utilisée pour déterminer le variant de macle séquentiel lorsque le facteur de Schmid classique (SF) n'est pas suffisant. En outre, une analyse détaillée des 425 macles secondaires {101̅2} détectées dans les macles {11 2̅ 2} primaires révèle que les deux variants de macles qui présentent une désorientation spécifique par rapport aux grains parents sont les plus fréquentes. Il est possible de justifier la prévalence des macles secondaires avec un mécanisme de nucléation aidée par les dislocations prismatiques. Lorsqu'il est complété par une analyse SF généralisée, le critère peut prédire avec précision la sélection entre deux variants dans le groupe des macles secondaires les plus fréquentes. Lorsque plusieurs variants de macles sont actifs dans le même grain, des interactions macle-macle peuvent se produire. Les jonctions macle {112̅2}-macle peuvent être divisés en trois types selon la cristallographie des macles {112̅2}. Une analyse statistique de ces interfaces révèle qu'un seul type est le plus fréquent tandis que les autres types sont rarement activés. La fréquence des TTJ peut être évaluée en utilisant une analyse SF généralisée. Il en ressort que les interfaces macle-macle (TTB= twin-twin boundary) ne se forment que d’un côté de la macle. Concernant la formation de TTBs basée sur les interactions des dislocations de macle, les dislocations d'interface dans les TTBs observées ont une énergie de ligne inférieure à celles des TTB non observées. Une opération similaire est appliquée à l'analyse de {112̅1} TTJs

Titanium and its alloys have been extensively investigated due to their wide application in chemical industry, medical implants and aerospace industries. As a significant role in plastic deformation, twinning has been widely studied in hexagonal metals. The local stress state may be modified by twinning, which influences sequential plastic deformation modes such as slips, twinning and secondary twinning. Thus, there is also an urgent demand for understanding the mechanism associated with the twinning-induced deformation, which is useful for the development of predictive capabilities that can describe twinning and twinning-induced sequential events, and their correlations with microstructures. In this work, crystallographic analysis of twin variant selection and twin-twin junctions is applied in commercially pure titanium. A new sequential twinning mechanism that {101̅2} twins are stimulated by the {112̅1} twin-twin junctions (TTJs) is observed by quasi in-situ EBSD. Another sequential twinning mechanism that a {112̅2} compression twin adjoins a {10 1̅ 2} extension twin is found at high angle grain boundaries. Displacement gradient accommodation is used to determine the sequential twin variant while the classical Schmid factor (SF) is not sufficient. Besides, a detailed analysis of the detected 425 {101̅2} double twins inside primary {112̅2} twins reveals that the double twin variants that exhibit specific misorientation with respect to the parent grains are the most frequent. The prevalence of double twins is possible to justify with the prismatic-dislocation mediated nucleation mechanism. When complemented with an apparent SF analysis, the criterion can accurately predict the selection between two variants within the group of the popular double twins. When multiple twin variants are active in the same grain, twin-twin interactions may happen. {112̅2} TTJs can be divided into three types according to the crystallography of {112̅2} twins. A statistical analysis of {112̅2} TTJs reveals that one type is the most popular while other types are rarely activated. The frequency of TTJs can be evaluated by using an apparent SF analysis. The interesting finding is that twin-twin boundaries (TTBs) form in one side of the incoming twin as a TTJ forms. Corresponding to the formation of TTBs based on the interactions of twinning dislocations, interface dislocations in the observed TTBs have lower line energy than those in the un-observed TTBs. Similar operation is applied to the analysis of {112̅1} TTJs