Etude des micromécanismes de déformation d'un alliage Ti-6Al-4V par déformation MET in situ PDF Download
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Book Description
Combinant une faible densité à d'excellentes propriétés mécaniques, le Ti-6Al-4V est l'alliage de titane le plus utilisé en aéronautique. Malgré cela, les mécanismes élémentaires de déformation du Ti-6Al-4V, responsables de ses propriétés mécaniques, ne sont pas encore totalement connus. L'objectif principal de ce travail est donc d'apporter une meilleure compréhension de ces micromécanismes. Cet alliage présentant d'assez mauvaises propriétés de surface, notamment au niveau de l'usure mécanique, nous nous sommes aussi intéressés aux modifications apportées par un traitement de surface protecteur (nitruration). Pour mener cette étude à bien, nous avons réalisé un grand nombre d'essais de traction in situ dans un microscope électronique en transmission (MET). Nous avons ainsi déterminé que la résistance de cet alliage est essentiellement due à la structure de cœur des dislocations vis de vecteur de Burgers de type a et que l'ordre à courte distance (OCD) a une influence notable dans la déformation des nodules. Le rôle des différents types d'interface dans la déformation a aussi été clairement défini. Concernant l'alliage traité en surface, les observations post mortem d'échantillons pré-déformés montrent que la couche nano-cristallisée en surface est une barrière à la propagation des dislocations et que, dans la couche de diffusion, l'OCD évolue vers la formation de nano-précipités ordonnés à longue distance conduisant à un mouvement plus collectif des dislocations. Enfin, nous avons réalisé pour la première fois un essai de traction MET in situ sur un échantillon préparé en section transverse grâce à la mise au point d'une méthode originale utilisant un FIB
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Combinant une faible densité à d'excellentes propriétés mécaniques, le Ti-6Al-4V est l'alliage de titane le plus utilisé en aéronautique. Malgré cela, les mécanismes élémentaires de déformation du Ti-6Al-4V, responsables de ses propriétés mécaniques, ne sont pas encore totalement connus. L'objectif principal de ce travail est donc d'apporter une meilleure compréhension de ces micromécanismes. Cet alliage présentant d'assez mauvaises propriétés de surface, notamment au niveau de l'usure mécanique, nous nous sommes aussi intéressés aux modifications apportées par un traitement de surface protecteur (nitruration). Pour mener cette étude à bien, nous avons réalisé un grand nombre d'essais de traction in situ dans un microscope électronique en transmission (MET). Nous avons ainsi déterminé que la résistance de cet alliage est essentiellement due à la structure de cœur des dislocations vis de vecteur de Burgers de type a et que l'ordre à courte distance (OCD) a une influence notable dans la déformation des nodules. Le rôle des différents types d'interface dans la déformation a aussi été clairement défini. Concernant l'alliage traité en surface, les observations post mortem d'échantillons pré-déformés montrent que la couche nano-cristallisée en surface est une barrière à la propagation des dislocations et que, dans la couche de diffusion, l'OCD évolue vers la formation de nano-précipités ordonnés à longue distance conduisant à un mouvement plus collectif des dislocations. Enfin, nous avons réalisé pour la première fois un essai de traction MET in situ sur un échantillon préparé en section transverse grâce à la mise au point d'une méthode originale utilisant un FIB
Author: Laurie Despax (doctorante en science des matériaux).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 183
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L'objectif de ce travail de thèse est de mieux comprendre l'influence de la température, de la vitesse de déformation et de la microstructure initiale sur les mécanismes de déformation mis en jeu, lors de la mise en forme à chaud de tôles d'un alliage de titane Ti-6Al-4V. Pour y parvenir, deux états microstructuraux, présentant des tailles de grains alpha différentes (2 μm-FG et 0,4 μm-UFG), ont été sollicités en traction à différentes températures (T=650°C, 750°C et 920°C) et vitesses de déformation (10-2 s-1, 2x10-3 s-1 et 10-4 s-1). Les évolutions microstructurales (fraction de phase, taille et morphologie des phases, sous-structure granulaire, orientation cristallographique des phases) ont été étudiées, à l'issue de différents taux de déformation, par des outils complémentaires de caractérisation (MEB et analyse d'image, EBSD, diffraction des rayons X et synchrotron). De plus, des essais originaux de traction en température, combinés à de la diffraction synchrotron haute énergie (PETRA III-Hambourg), ont permis de suivre in-situ l'évolution de plusieurs grandeurs cristallographiques. Des mécanismes de déformation sont ainsi proposés et discutés en fonction de la température, de la vitesse de déformation et de la microstructure initiale. Pour la microstructure FG déformée en traction à 750°C à une vitesse de déformation de 10-2 s-1, le mouvement intragranulaire de dislocations dans la phase alpha est favorisé. Une diminution de la vitesse de déformation permet une contribution additionnelle du glissement aux joints de grains probablement accommodé par le mouvement de dislocations dans la phase beta. Avec l'augmentation de la température, d'importantes modifications de fraction et de répartition spatiale des phases liées à la transformation de phases alpha-beta induisent l'activation de mécanismes majoritairement diffusifs en particulier pour une faible vitesse de déformation. Par ailleurs, l'utilisation d'une microstructure initialement ultra-fine et hétérogène présente un atout majeur pour la mise en forme SPF, en raison des modifications microstructurales induites en début d'essai (globularisation) qui conduisent à un nombre important d'interfaces bénéfiques pour la contribution de mécanismes intergranulaires (GBS). Ainsi, la microstructure UFG favorise un comportement de type superplastique à plus basse température et pour des vitesses de déformation plus importantes. L'ensemble des investigations a ainsi permis d'apporter des éléments nouveaux pour la compréhension des mécanismes de déformation contrôlant le comportement à chaud et superplastique.
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Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet européen ACCENT qui fait suite au projet européen ManHIRP (2001-2005). Ces travaux ont pour objectifs principaux de développer une méthodologie expérimentale permettant d'établir une fenêtre de conditions de coupe garantissant une intégrité matière acceptable de la pièce en Ti-6Al-4V usinée, en s'appuyant sur la mesure des signaux des moyens de surveillance en cours d'usinage.Une attention particulière s'est portée sur l'identification et la classification des anomalies géométriques et de celles produites sur la surface usinée en fonction de la vitesse de coupe et de l'avance. Parallèlement aux investigations sur les anomalies géométriques et de surface, une étude du mode d'endommagement de l'outil en carbure cémenté WC-Co non revêtu et de celle de l'évolution des signaux de surveillance ont conduit à une bien meilleure compréhension des phénomènes liés à la coupe.Les anomalies générées en sous-couche de la surface usinée, telles que les couches à grains déformés et les « couches blanches » ont été étudiées par l'intermédiaire d'analyses métallurgiques fines comme la microsonde de Castaing et par des observations et des analyses au microscope électronique à transmission (MET). Des mesures de microdureté et de contraintes résiduelles ont complété ces analyses chimiques et microstructurales. Aussi, la connaissance de l'état métallurgique et mécanique de ces anomalies a permis de déduire leur genèse et les mécanismes de déformation et de transformations métallurgiques (phases et taille de grains) qui ont opéré en sous-couche du Ti-6Al-4V. Le suivi par la technique de l'analyse d'images des paramètres microstructuraux attachés aux grains globulaires alpha a conduit à mieux comprendre l'écoulement de la matière selon les directions de coupe et d'avance ainsi que les mécanismes de dissolution de ces phases globulaires alpha lorsque l'effet thermique prend le pas sur l'effet mécanique pendant l'usinage. A l'issue de ces caractérisations métallurgiques, des corrélations ont été entreprises entre les anomalies générées et les signaux des moyens de surveillance. Celles-ci s'appuient principalement sur les efforts radiaux dont l'évolution singulière au cours du temps indique l'apparition de défauts. L'amplitude de cet effort radial se corrèle avec la profondeur de la couche de Ti-6Al-4V affectée thermomécaniquement.
Author: Julien Favre Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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L'alliage L-605 est un superalliage base cobalt combinant une haute résistance et une bonne ductilité, de plus il est biocompatible et présente une bonne résistance a la corrosion. Dû a son inertie chimique dans le corps humain, ce matériau a été utilise avec succès pour fabriquer des valves cardiaques et des stents. Le contrôle de la microstructure peut influencer grandement les propriétés mécaniques : notamment un raffinement des grains est susceptible d'augmenter d'avantage la résistance et serait intéressant pour permettre de fabriquer des stents selon une architecture plus fine. L'ajustement de la distribution de taille de grains à travers le phénomène de recristallisation lors de la déformation à chaud apparait comme une solution pratique pour ajuster les propriétés mécaniques du matériau. Pour contrôler la microstructure et choisir les conditions de procédé optimales, les mécanismes mis en jeu lors de la recristallisation dynamique et l'effet des conditions de déformation sur la taille de grain doivent être compris et prévisibles par des outils théorique. Les propriétés mécaniques du matériau à haute température sont déterminées par des essais de compression à chaud. L'évolution microstructurale du matériau lors de la compression est analysée par microscopie optique et électronique (EBSD, TEM). Le phénomène de recristallisation dynamique continue est mis en évidence, et procède par nucléation de nouveaux grains aux joints de grain. La corrélation entre le comportement mécanique à chaud et l'évolution microstructurale est déterminée expérimentalement. Les conditions optimales de déformation impliquant la recristallisation dynamique sont déterminées, et la microstructure résultante est étudiée en détail. De nouveaux outils théoriques permettant de prévoir les conditions de recristallisation et d'extraire les paramètres physiques du matériau a partir des données expérimentales sont proposés. Enfin, la recristallisation dynamique est modélisée analytiquement, et permet de prédire le comportement mécanique et l'évolution de la taille de grain lors de la déformation.
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L'OBJET DE CETTE THESE EST D'ETUDIER LES MODES DE DEFORMATION MICROSCOPIQUES D'UN ALLIAGE INTERMETALLIQUE BIPHASE DE COMPOSITION TI-26AL-2LNB (% AT.). L'ETUDE EST D'ABORD MENEE DANS DES ALLIAGES MONOPHASES DE MEME COMPOSITION, PUIS DANS L'ALLIAGE BIPHASE OU UN INTERET TOUT PARTICULIER EST PORTE A LA TRANSMISSION DE LA DEFORMATION A L'INTERFACE. UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES PROPRIETES PLASTIQUES CONNUES DE CES COMPOSES AINSI QUE DES RAPPELS CRISTALLOGRAPHIQUES PROPRES AUX STRUCTURES CUBIQUE CENTREE (B2) ET ORTHORHOMBIQUE (O) CONSTITUENT LE PREMIER CHAPITRE. L'ENSEMBLE DES TECHNIQUES EXPERIMENTALES UTILISEES SONT ENSUITE DECRITES. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS SUR LES PROPRIETES MACROSCOPIQUES DES ALLIAGES MONOPHASES SONT REGROUPES DANS LE TROISIEME CHAPITRE. CEUX CONCERNANT LE GLISSEMENT DES DISLOCATIONS FONT L'OBJET DU QUATRIEME CHAPITRE. DANS CE CHAPITRE, NOUS MONTRONS ENTRE AUTRES QUE LE NOMBRE DE SYSTEMES DE GLISSEMENT INDEPENDANTS VARIE DE FACON SIGNIFICATIVE D'UNE PHASE A L'AUTRE. LE CINQUIEME CHAPITRE PORTE SUR LA DEFORMATION DE L'ALLIAGE BIPHASE. ENFIN UNE SYNTHESE MICRO/MACRO EST REALISEE DANS LE DERNIER CHAPITRE: ELLE RELIE LES OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES AUX PROPRIETES MACROSCOPIQUES QUE SONT LA LIMITE ELASTIQUE, LE TAUX DE DURCISSEMENT ET LA DUCTILITE, ET PRESENTE UN DEBUT DE REFLEXION SUR LA PLASTICITE GLOBALE DE L'ALLIAGE BIPHASE
Author: MARIE.. VIVAS Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 162
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PARCE QU'IL PRESENTE UN BON COMPROMIS ENTRE LES PROPRIETES MECANIQUES ET LA TENUE A LA CORROSION AINSI QU'UNE BONNE SOUDABILITE, L'ALLIAGE D'ALUMINIUM 6056 (ALMGSICUZR) EST UN EXCELLENT CANDIDAT POUR CONSTITUER LE FUSELAGE DES FUTURS AVIONS. DANS CE TYPE D'ALLIAGE, LE DURCISSEMENT STRUCTURAL EST REALISE GRACE A UNE GRANDE DENSITE DE PRECIPITES DE TAILLE NANOMETRIQUE. L'OBJET DE CETTE THESE EST L'ETUDE DE LA MICROSTRUCTURE ET DES MECANISMES ELEMENTAIRES DE LA DEFORMATION RESPONSABLES DES BONNES PROPRIETES MECANIQUES DE CE MATERIAU. CETTE ETUDE FINANCEE PAR LA REGION MIDI-PYRENNEES DANS LE CADRE DU LABORATOIRE MIXTE LRAMSA EST REALISEE PAR LE CEMES ET L'ECOLE DES MINES D'ALBI-CARMAUX EN COLLABORATION AVEC PECHINEY ET L'AEROSPATIALE. PLUSIEURS TECHNIQUES DE MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A TRANSMISSION (MET) ONT ETE UTILISEES. LA TECHNIQUE DE MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION A HAUTE-RESOLUTION (MEHR) A PERMIS DE CARACTERISER LA MORPHOLOGIE DES PRECIPITES (AIGUILLES ET LATTES). LA TECHNIQUE DE MET CONVENTIONNELLE PERMET L'ETUDE DES PAYSAGES DE DISLOCATIONS ISSUES DE LA DEFORMATION. LA TECHNIQUE DE DEFORMATION IN SITU DANS LE MET, NOUS A PERMIS D'ETUDIER QUANTITATIVEMENT LES MECANISMES ELEMENTAIRES DE CISAILLEMENT ET DE CONTOURNEMENT DES PRECIPITES. CETTE TECHNIQUE PERMET D'OBTENIR LES DEUX PARAMETRES IMPORTANTS INTERVENANT DANS LE DURCISSEMENT STRUCTURAL : LA RESISTANCE MAXIMALE DES PRECIPITES AU CISAILLEMENT PAR DES DISLOCATIONS ET LA DISTANCE ENTRE PRECIPITES LE LONG D'UNE DISLOCATION SOUS CONTRAINTE. CES DEUX PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX SONT DIRECTEMENT LIES A LA LIMITE ELASTIQUE DU MATERIAU QUI A ETE MESUREE A PARTIR D'ESSAIS DE TRACTION. D'AUTRE PART, LA CONFRONTATION DES RESULTATS OBTENUS PAR LES TROIS TECHNIQUES DE MET EMPLOYEES A PERMIS D'IDENTIFIER LES ELEMENTS DE LA MICROSTRUCTURE CONTRIBUANT REELLEMENT AUX BONNES PROPRIETES MECANIQUES DE L'ALLIAGE.
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L'OBJET DE CETTE THESE EST D'ETUDIER LES MODES DE DEFORMATION DES ALLIAGES INTERMETALLIQUES TI#3A1 ET TI-24A1-9NB AU NIVEAU MICROSCOPIQUE. UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES PROPRIETES PLASTIQUES CONNUES DE CES COMPOSES AINSI QUE DES RAPPELS CRISTALLOGRAPHIQUES PROPRES A LA STRUCTURE DO#1#9 DE TI#3A1 CONSTITUENT LE PREMIER CHAPITRE. LA TECHNIQUE DE DEFORMATION IN-SITU DANS UN MICROSCOPE ELECTRONIQUE A TRANSMISSION QUE NOUS AVONS EMPLOYEE EST ENSUITE DECRITE. LES RESULTATS OBTENUS SUR LE GLISSEMENT DES DISLOCATIONS A DANS LES PLANS PRISMATIQUES ET BASAL DE TI#3A1 SONT REGROUPES DANS LE CHAPITRE III. CEUX CONCERNANT LE GLISSEMENT PYRAMIDAL DES DISLOCATIONS A COMPOSANTE C FONT L'OBJET DU QUATRIEME CHAPITRE. AFIN DE DEGAGER LES MECANISMES ELEMENTAIRES QUI CONTROLENT CES MODES DE DEFORMATION, NOS RESULTATS SONT A CHAQUE FOIS CONFRONTES A CEUX OBTENUS PAR D'AUTRES TECHNIQUES: ESSAIS DE DEFORMATION MACROSCOPIQUES, OBSERVATIONS POST-MORTEM, SIMULATIONS DE STRUCTURE DE CUR DES DISLOCATIONS. NOUS MONTRONS QUE POUR LES TROIS SYSTEMES DE GLISSEMENT OBSERVES, LE COMPORTEMENT DYNAMIQUE DES DISLOCATIONS DEPEND ESSENTIELLEMENT DE LEUR STRUCTURE DE CUR. LE DERNIER CHAPITRE EXPOSE L'ETUDE PRELIMINAIRE ENGAGEE SUR L'ALLIAGE BIPHASE TI-24A1-9NB. LA DEFORMATION DE CHACUNE DES DEUX PHASES AINSI QUE LA TRANSMISSION DES DISLOCATIONS DE LA PHASE TI#2A1NB A LA PHASE TI#3A1 SONT EXAMINEES
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Ce travail s'inscrit dans une stratégie d'investigation expérimentale et numérique des mécanismes d'enlèvement de la matière lors de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V. Il aborde un problème complexe, fortement couplé, faisant intervenir la thermique et la mécanique aux petites échelles (micrométrique). Le manque de moyens de mesure dédié à ces échelles de temps et de l'espace (phénomènes rapides et très locaux) ne permet pas, à ce jour, d'appréhender précisément les phénomènes thermomécaniques mis en jeu pendant la formation de copeau. De ce fait, un dispositif spécifique, appelé VISIR, répondant à cette problématique a été mis en place. La partie expérimentale s'est donc orientée vers une compréhension plus fine des mécanismes d'enlèvement de la matière. Elle a notamment permis de mettre en évidence l'évolution de grandeurs mécaniques et thermiques durant la formation des festons mais surtout le couplage entre la température et la vitesse de déformation. Basée sur les constatations expérimentales, une étude du comportement thermomécanique de cet alliage a été mis en place. Des essais en cisaillement dynamique à travers des éprouvettes chapeau ont permis d'identifier par méthode inverse une nouvelle loi de comportement couplée en température et en vitesse de déformation. De plus, une étude de l'endommagement s'est appuyée sur l'identification et l'évaluation de huit critères communément utilisés dans le domaine de mise en forme a permis de proposer une nouvelle loi, inspirée du critère de Tresca, couplée au comportement. L'intégralité de ces formulations couplée à un modèle de frottement Stick-Slip ont enfin été implémentés dans un modèle EF 3D. La confrontation expérimentale/numérique en termes de grandeurs mécaniques et thermiques a révélé la robustesse et l'aspect prédictif du modèle EF développé. Enfin, les résultats de cette étude ont permis de développer une discussion détaillée sur les mécanismes d'enlèvement de la matière et plus particulièrement les complexes trajet des fissurations.
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Le développement de matériaux conventionnels met l'accent sur l'affinement etl'homogénéisation des tailles de grains. Cela, ne satisfait généralement pas le besoin d'avoir desmatériaux à la fois résistants et ductiles, deux caractéristiques plutôt antagonistes. Dans laprésente étude, le concept de structure harmonique (HS) permettant de créer une microstructure,hétérogène, à gradient de taille des grains est utilisé pour surmonter cette antinomie. Lesmatériaux HS sont constitués de structures à grains ultrafins et à gros grains, appelées «coquille»et «coeur», respectivement. Le réseau de coquilles étant interconnecté en 3D. Dans cette étude, leTi pur, et les deux alliages Ti-6Al-4V et Ti-25Nb-25Zr sont traités de manière à produire desmatériaux HS. Leurs propriétés mécaniques, ainsi que celles des matériaux homogènes(conventionnels) correspondants ont été évaluées principalement en cisaillement simple(monotone et cyclique). En particulier, les matériaux HS démontrent comme attendu, une forterésistance mécanique, sans perte ductilité. Pour accéder aux mécanismes de durcissement, unmodèle de partition des contraintes est appliqué et les différentes contributions à la contraintemacroscopique ont été extraites et leur influence sur l'évolution du durcissement est présentée etdiscutée, en relation avec les mécanismes de déformation sous-jacents. En particulier, ladélocalisation de la déformation plastique due au gradient de microstructure et la périodicité decette dernière joue un rôle fondamental dans les comportements observés.
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Author: Laurie Despax (doctorante en science des matériaux).)
Author: Mickael Rancic
Author: Julien Favre
Author: FABIENNE.. PUISSOCHET POPILLE
Author: MARIE.. VIVAS
Author: MARC.. LEGROS
Author: Mahmoud Harzallah
Author: Marc Legros
Author: Azziz Hocini