Transformations de phases et mécanismes de déformation dans les alliages de titane bêta PDF Download
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Book Description
L'un des objectifs de cette thèse a été de définir un alliage de titane bêta qui présente une bonne adéquation entre limite élastique et ductilité. Aussi les paramètres qu'il faut maitriser pour obtenir les caractéristiques mécaniques recherchées sont la composition et la taille de grain. Les caractéristiques mécaniques de ces alliages sont influencées par les mécanismes de déformation (glissement, maclage, et transformations de phases induites sous contrainte). Ces mécanismes dépendent de la composition chimique et donc de la stabilité de la phase bêta. Les alliages métastables qui se déforment par maclage présentent un allongement important et une limite d'élasticité basse. Les alliages stables qui se déforment par glissement ont par contre un allongement faible et une limite d'élasticité élevée. L'alliage idéal devrait donc, au début de la déformation, se déformer par glissement, puis ensuite par maclage. Pour deux compositions particulières, l'une de référence (Ti-20v) et l'autre proche de la composition souhaitée (Ti-20v-5Al), nous avons effectué des traitements thermomécaniques pour obtenir des tailles de grains différentes. L'influence des microstructures sur les mécanismes de déformation a été analysée. Pendant la déformation plastique, l'alliage Ti-20v se déforme par maclage de type 332 113. De plus, la phase s (phase induite sous contrainte) et du glissement, essentiellement de type 110 111, apparaissent lors de la déformation. Le maclage intervient dès le début de la déformation dans tous les cas sauf lorsque la taille de grain est inférieure à 40 microns. Dans ce cas, sa participation est réduite. Le maclage apparait d'autant plus facilement que la vitesse de déformation est grande et que la taille de grain est importante. La modélisation de l'évolution de texture lors du laminage permet de reproduire l'évolution expérimentale qui fait apparaitre différentes composantes majeures. La présence de ces composantes est due à la participation majoritaire du glissement 110 111. Pour l'alliage Ti-20v-5Al en statique, le mécanisme de déformation actif est le glissement. Dans les premiers pour cent de la déformation, seul un plan est activé. En utilisant un modèle de plasticité, nous avons pu reproduire l'évolution de texture expérimentale lors du laminage et obtenir les composantes majeures de la texture seulement en utilisant majoritairement du glissement 112 111. La comparaison entre les différents alliages a permis de déterminer l'alliage et la microstructure dont les caractéristiques mécaniques seront optimisées. Les raisons de ce choix sont discutées a la lumière des résultats des études microstructurales et de la modélisation du comportement.
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L'un des objectifs de cette thèse a été de définir un alliage de titane bêta qui présente une bonne adéquation entre limite élastique et ductilité. Aussi les paramètres qu'il faut maitriser pour obtenir les caractéristiques mécaniques recherchées sont la composition et la taille de grain. Les caractéristiques mécaniques de ces alliages sont influencées par les mécanismes de déformation (glissement, maclage, et transformations de phases induites sous contrainte). Ces mécanismes dépendent de la composition chimique et donc de la stabilité de la phase bêta. Les alliages métastables qui se déforment par maclage présentent un allongement important et une limite d'élasticité basse. Les alliages stables qui se déforment par glissement ont par contre un allongement faible et une limite d'élasticité élevée. L'alliage idéal devrait donc, au début de la déformation, se déformer par glissement, puis ensuite par maclage. Pour deux compositions particulières, l'une de référence (Ti-20v) et l'autre proche de la composition souhaitée (Ti-20v-5Al), nous avons effectué des traitements thermomécaniques pour obtenir des tailles de grains différentes. L'influence des microstructures sur les mécanismes de déformation a été analysée. Pendant la déformation plastique, l'alliage Ti-20v se déforme par maclage de type 332 113. De plus, la phase s (phase induite sous contrainte) et du glissement, essentiellement de type 110 111, apparaissent lors de la déformation. Le maclage intervient dès le début de la déformation dans tous les cas sauf lorsque la taille de grain est inférieure à 40 microns. Dans ce cas, sa participation est réduite. Le maclage apparait d'autant plus facilement que la vitesse de déformation est grande et que la taille de grain est importante. La modélisation de l'évolution de texture lors du laminage permet de reproduire l'évolution expérimentale qui fait apparaitre différentes composantes majeures. La présence de ces composantes est due à la participation majoritaire du glissement 110 111. Pour l'alliage Ti-20v-5Al en statique, le mécanisme de déformation actif est le glissement. Dans les premiers pour cent de la déformation, seul un plan est activé. En utilisant un modèle de plasticité, nous avons pu reproduire l'évolution de texture expérimentale lors du laminage et obtenir les composantes majeures de la texture seulement en utilisant majoritairement du glissement 112 111. La comparaison entre les différents alliages a permis de déterminer l'alliage et la microstructure dont les caractéristiques mécaniques seront optimisées. Les raisons de ce choix sont discutées a la lumière des résultats des études microstructurales et de la modélisation du comportement.
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Une étude sur la relation entre microstructure et le comportement mécanique est faite sur l'alliage du titane Béta-Cez. Différentes microstructures de cet alliage sont obtenues par différents traitements thermiques. Il est montré que le comportement mécanique des différentes microstructures est du à une contribution variée de différents mécanismes de déformation à la déformation imposée, qui peuvent être actives dans l'alliage lors d'une déformation statique à froid. Si les deux mécanismes de déformation - glissement cristallographique et transformation martensitique de phase [alpha]- sont simultanément activées, une ductilité élevée et une résistance mécanique moyenne est obtenue. L'activation seule du glissement cristallographique donne une baisse de la ductilité et une augmentation de la résistance mécanique. Les paramètres microstructuraux qui influencent l'activation des mécanismes de déformation sont la taille de grains / domains et la stabilité mécanique de la phase . Dans ce travail une détermination de systèmes de glissement de la phase est faite ainsi qu'une analyse du plan d'accolement entre la matrice et la phase martensitique . Les résultats de la détermination expérimentale des plans d'accolement sont comparés avec ceux obtenus par des calculs à l'aide de la théorie phénoménologique de la transformation de phase sous différentes hypothèses
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L'OBJECTIF DE CETTE THESE EST D'ANALYSER LES MECANISMES DE DEFORMATION D'UN ALLIAGE TI-20% MASSIQUE DE VANADIUM, A L'ETAT TREMPE. LES GRAINS EQUIAXES CONTIENNENT DES PETITS PRECIPITES COHERENT DE PHASE #A ATHERMIQUE, PRODUITS LORS DE LA TREMPE A L'EAU. AFIN D'EXAMINER SA SENSIBILITE A LA VITESSE DE DEFORMATION, L'ALLIAGE A ETE TESTE SOUS SOLLICITATION STATIQUE ( 10#-#3S#-#1) ET DYNAMIQUE ( 10#3S#-#1), AU MOYEN D'UN DISPOSITIF DE BARRES D'HOPKINSON. LES CHANGEMENTS DE MICROSTRUCTURE, APRES DEFORMATION DYNAMIQUE SONT ANALYSES ET COMPARES A CEUX OBSERVES APRES DEFORMATION STATIQUE. LE MACLAGE 332113 A ETE IDENTIFIE EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE PAR TRANSMISSION ET EN DIFFRACTION DES ELECTRONS RETRODIFFUSES, A PARTIR D'ECHANTILLONS DEFORMES EN CONDITIONS STATIQUE ET DYNAMIQUE, EN TRACTION ET EN COMPRESSION. CE SYSTEME DE MACLAGE INHABITUEL EST LIE A L'INSTABILITE DE LA PHASE , ET A SA CAPACITE A SE TRANSFORMER EN PHASE . LA PHASE EST UNE PHASE METASTABLE, QUI PEUT ETRE PRODUITE LORSQUE L'ALLIAGE CONTIENT ASSEZ D'ELEMENTS STABILISATEURS . EN CONCOMITANCE AVEC LE MACLAGE 332113, L'ACCOLEMENT DES PLANS 111# SUIVANT LA DIRECTION 111# CORRESPONDANTE, QUI EST AUSSI L'ELEMENT #2 DE LA MACLE ACTIVEE, INDUIT DANS LA MACLE UNE VARIANTE #S PREFERENTIELLE. UN MACLAGE SECONDAIRE 332113 APPARAIT DANS LES MACLES PRIMAIRES, A PARTIR DE DEFORMATIONS PLASTIQUES SUPERIEURES A 3%. CE MACLAGE SECONDAIRE AUGMENTE L'EFFICACITE DU SYSTEME 332113. CEPENDANT, MEME SI AUCUNE BANDE DE GLISSEMENT A ETE OBSERVEE EN MICROSCOPIE OPTIQUE, DU GLISSEMENT SEMBLE APPARAITRE, PLUS PARTICULIEREMENT DANS LES PREMIERS STADES DE LA DEFORMATION PLASTIQUE, CORRESPONDANT AU PETIT PLATEAU OBSERVE SUR LA COURBE CONTRAINTE/DEFORMATION PLASTIQUE VRAIE, JUSQU'A ENVIRON 1%. LES DISLOCATIONS ANALYSEES ONT UN CARACTERE PUREMENT VIS, AVEC UNE ORIENTATION 111. QUELQUES BOUCLES DE DISLOCATION REVELENT UN DEMACLAGE PARTIEL DES MACLES 332113, PROBABLEMENT LORS DE LA DECHARGE DE L'EPROUVETTE. LES MECANISMES DE DEFORMATION DE CET ALLIAGE METASTABLE, GOUVERNES PAR LE MACLAGE CONDUISENT UNE LIMITE D'ELASTICITE FAIBLE, UN TAUX DE CONSOLIDATION ELEVE ET UN ALLONGEMENT A RUPTURE IMPORTANT
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Le comportement thermomécanique au cours de la déformation en traction a été caractérisé pour l'alliage TA6V dans les domaines biphasé et monophasé, et pour l'alliage béta-CEZ dans le domaine monophasé. Les évolutions structurales au cours de la déformation et pendant un traitement thermique post-déformation ont été analysées. Les essais de traction ont permis de définir les lois de comportement des alliages dans les domaines de température et de vitesse de déformation étudiés. Pour l'alliage TA6V, après traitement thermique post-déformation, les variations de la taille des grains ex-béta présentent un schéma de type recristallisation statique, mettant en évidence un taux de déformation critique. La valeur de ce taux critique est fonction des conditions de sollicitations thermomécaniques et est influencée par le passage des transformations de phase après déformation. Le grossissement rapide des grains ex-béta de l'alliage TA6V se produit par un mécanisme de recristallisation statique par migration des joints existants, dont la force motrice résulte des hétérogénéités de déformation. De plus, une contrainte appliquée pendant la croissance normale des grains ex-beta de l'alliage béta-CEZ, et pendant la croissance rapide de l'alliage TA6V, augmente la vitesse de migration des joints de grain. Pour l'alliage béta-CEZ, la recristallisation statique par migration des joints existants n'a pas été observée
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Ce travail est consacré à l'étude de la formation des textures de la phase [alpha] dans l'alliage [beta]-Cez. La phase [alpha] est le résultat de la transformation martensitique partielle obtenue par contrainte de la phase [beta]. Nous nous sommes particulièrement intéressés à la sélection des variantes cristallographiques. Pour cela, nous avons réalisé différents essais mécaniques sur des tôles de [beta]-Cez à l’ origine en phase : essais de traction et de laminage, sens long et sens travers. Les textures de la phase avant et après déformation ainsi que les textures de la phase orthorhombique [alpha] ont été déterminées par diffraction des rayons X. Par comparaison des textures expérimentales de la phase [beta] à différents stades de la déformation et des textures de déformation correspondantes simulées avec un modèle de type Taylor, nous avons pu montrer le rôle important de la transformation de phases [beta - alpha] dans l'accommodation de la déformation totale imposée. Les simulations des textures de la phase [alpha] par un modèle de transformation de phases sans sélection de variantes nous ont permis de conclure que la transformation se produisait avec des forte sélections de variantes caractéristiques du mode de déformation imposé. Un nouveau modèle de transformation de phases tenant compte de la sélection de variantes a été développé. L'hypothèse de sélection la plus apte à reproduire les grandes tendances des textures expérimentales est telle que les variantes sélectionnées sont celles pour lesquelles le travail fourni par les forces extérieures est supérieur à un certain seuil évalué lors de cette étude
Author: Guillaume Martin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le but de ce travail de thèse est de mieux comprendre les mécanismes de déformation à température ambiante dans les alliages de titane bêta-métastable Ti17 et Ti5553. Les microstructures étudiées sont composées de grains bêta transformé, dans lesquels la phase alpha peut précipiter, selon les relations de Burgers, sous la forme de douze variants différents. Une approche multi-échelles est donc préconisée avec trois niveaux représentatifs: macroscopique, mésoscopique (ex-grains bêta), et microscopique (variants alpha et matrice bêta de chaque grain). Différents modèles à champs moyens sont adaptés pour reproduire le comportement mécanique du Ti17 et du Ti5553. Ces modèles impliquent deux transitions d'échelle, et sont basés sur l'homogénéisation des comportements locaux, avec plusieurs manières de représenter les interactions intergranulaires. Les relations entre microstructures et propriétés mécaniques sont également considérées. Les modèles les plus complexes développés dans cette étude vont permettre de simuler l'anisotropie élastique et l'écoulement visqueux de chaque variant alpha (hcp) et de chaque matrice bêta (bcc), en employant la plasticité cristalline avec des écrouissages de type cinématique et isotrope. L'identification des paramètres matériaux est faite à partir d'une vaste base de données expérimentale provenant du projet PROMITI. Pour comprendre le rôle de chaque phase dans le processus de déformation, un calcul EF a également été fait afin de reproduire l'essai de traction sur une très fine éprouvette plate. Dans cette étude, le niveau mésoscopique est explicitement représenté en reprenant fidèlement la géométrie et l'orientation cristallographique de chaque grain bêta transformé. Des comparaisons entre expérience et simulation sont faites à l'échelle macroscopique pour les courbes contrainte - déformation, ainsi qu'au niveau mésoscopique, en considérant les champs de déplacement hors-plan et les champs de déformation.
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LES RELATIONS ENTRE LES GAMMES THERMOMECANIQUES ET LES MICROSTRUCTURES DES ALLIAGES DE TITANE SONT ENCORE INSUFFISAMENT CONNUES. CE TRAVAIL SE PROPOSE D'AMELIORER LA CONNAISSANCE DES ETATS STRUCTURAUX RESULTANT DU FORGEAGE BETA ET DE CEUX RESULTANT DE LA TRANSFORMATION BETA VERS ALPHA-BETA ULTERIEURE. LES INFLUENCES DES DEUX PARAMETRES TAUX ET VITESSE DE DEFORMATION SUR LES EVOLUTIONS MICROSTRUCTURALES ET TEXTURALES SE PRODUISANT LORS DU FORGEAGE AINSI QUE DE LA TRANSFORMATION BETA/ALPHA SONT SYSTEMATIQUEMENT EXPLOREES. LES EVOLUTIONS TEXTURALES METTENT EN EVIDENCE UNE AUGMENTATION DE LA COMPOSANTE 111 LORSQUE LA VITESSE DE DEFORMATION AUGMENTE. LES MECANISMES QUI PRESIDENT A LA FORMATION DES MICROSTRUCTURES DE DEFORMATION ONT ETE MIS EN EVIDENCE. AUX FORTES VITESSES DE DEFORMATION, LE DENTELLEMENT DES JOINTS PAR SIBM ET LA DESORIENTATION DES PAROIS PAR RECRISTALLISATION CONTINUE SONT A L'ORIGINE DE LA FORMATION DES NOUVEAUX GRAINS. LES NOUVEAUX GRAINS ONT TOUJOURS UNE ORIENTATION QUI PEUT ETRE RELIEE A CELLE DES GRAINS PARENTS ET L'ORIENTATION 111 DES GRAINS INITIAUX EST FAVORABLE A LA GERMINATION. LA FORMATION DE PETITS GRAINS AUX EX-JOINTS BETA ENTRE DEUX TAUX DE DEFORMATION 0.25 ET 1.5 PROVOQUE UNE AUGMENTATION DE LA DENSITE DE JOINTS ET DE LA VALEUR DE LA DESORIENTATION MOYENNE. CETTE GERMINATION INDUIT UNE HAUSSE DU NOMBRE DE SITES DE GERMINATION ET DONC UNE ACCELERATION DE LA CINETIQUE DE PRECIPITATION BETA/ALPHA ULTERIEURE ENTRE DEUX TAUX DE DEFORMATION 0.25 ET 1.5. AUX FAIBLES VITESSES DE DEFORMATION, LA STABILITE DES MICROSTRUCTURES DU FAIT DE L'INTERVENTION DES MECANISMES DE RESTAURATION ET DE MIGRATION DES PAROIS EST RESPONSABLE DE LA NON INFLUENCE DU TAUX DE DEFORMATION SUR LES CINETIQUES DE PRECIPITATION. A FAIBLE TAUX DE DEFORMATION, LORSQUE LA VITESSE DE DEFORMATION AUGMENTE, ENTRE 10#-#1 ET 10#-#3 S#-#1 LA CINETIQUE DE PRECIPITATION AUGMENTE ; CECI EST RELIE A L'EFFICACITE DES JOINTS ET A LA DENSITE DES SOUS-JOINTS QUI AUGMENTENT AVEC LA VITESSE DE DEFORMATION. A FORT TAUX DE DEFORMATION, ENTRE 10#-#1 ET 10#-#3 S#-#1 L'AUGMENTATION DU NOMBRE DE SITES DE GERMINATION S'AJOUTE AUX DEUX AUTRES FACTEURS CITES POUR ACCROITRE LA CINETIQUE DE FACON PLUS ACCUSEE
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.
Author: Srikumar Banerjee Publisher: Elsevier ISBN: 0080548792 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 837
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The terms phase transitions and phase transformations are often used in an interchangeable manner in the metallurgical literature. In Phase Transformations, transformations driven by pressure changes, radiation and deformation and those occurring in nanoscale multilayers are brought to the fore. Order-disorder transformations, many of which constitute very good examples of continuous transformations, are dealt with in a comprehensive manner. Almost all types of phase transformations and reactions that are commonly encountered in inorganic materials are covered and the underlying thermodynamic, kinetic and crystallographic aspects elucidated. Shows readers the advancements in the field - due to enhanced computing power and superior experimental capability Drawing upon the background and the research experience of the authors, bringing together a wealth of experience Written essentially from a physical metallurgists view point
Author: Hui Chang Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 171
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The phase transformations and microstructure evolutions has been characterized for different thermal treatments, and the relationships between final microstrures and properties have been investigated in the new metastable Ti-B19 alloy. The isothermal phase transformation kinetics and the influence of different heat treatment phaths have been establisheb by using in-situ electrical Resistivity. The structures have been determined by synchrotron X-Ray Diffraction and the microstructures were observed by SEM and TEM. The results show that phase transformation kinetics and microstructure characteristics are strongly dependent on the aging temperature (ranging from 300 to 700°C). The global isothermal phase transformation phase transformation kinetics has been got and anallyzed with JMAK equation, and the TTT diagram of Ti-B19 alloy has been established. We have also shown that the heating rate has remarkable influence on the isothermal phase transformation behaviors and the pre-deformation accelerates the transformation kinetics. The microstructure evolutions during cooling are obviously dependent on the cooling rates. A first attempt has been made to calculate the transformation kinetics during cooling using JMAK law and Scheil principle. Finally, the relationship between mechanical properties and microstructure has been discussed.
Author: Angela-Maria Nicotra-Barbe
Author: Angela-Maria Nicotra-Barbe
Author: Franck Zimmermann
Author: JEAN-PHILIPPE.. GUIBERT
Author: Nathalie Come-Dingremont![Eude de la transformation de phases [beta - alpha] induite sous contrainte dans l'alliage de titane [beta]-Cez PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/pPH3tgAACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Delphine Pionnier
Author: Guillaume Martin
Author: FLORENCE.. MRAIZIKA-CHAUSSY
Author: Laurie Despax (doctorante en science des matériaux).)
Author: Srikumar Banerjee
Author: Hui Chang