Etude de la plasticité de l'hémicarbure de tungstène en liaison avec les mécanismes de diffusion

= Plastic deformation and diffusion mechanisms in tungsten hemicarbide

• Auteur / Autrice : Jean Dubois
• Direction : Gilbert Fantozzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA ; 1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux -- Propriétés plastiques

Structure cristalline (solides)

Carbure de tungstène

Résumé

Nous avons effectué une étude des modes de déformation des matériaux cristallins, et avons analysé les mécanismes de déformation plastique susceptibles de se produire dans notre matériau. Nous proposons une revue critique des travaux antérieurs sur le sujet concernant les carbures de métaux de transition. L'étude des mécanismes de déformation, sur des échantillons que nous avons élaborés, a nécessité l'apport de données provenant de différentes techniques de caractérisation. C'est ainsi que nous avons montré qu'un seul et même système de glissement est activé entre 1400 et 2500 K et avons mesuré par une méthode fiable (celle de l'activité résiduelle du 14C) les paramètres de diffusion en volume et aux joints de grains. Ne disposant d'aucune données fiables sur la structure, nous avons effectué une analyse par diffraction de neutrons à hautes températures qui permet de suivre, en température, les états d'ordre du carbone jusqu'à l'état parfaitement désordonné. Les différents essais mécaniques, effectués entre 1400 et 2500 K, mettent en. évidence une déformation plastique thermiquement activée accompagnée d'une forte dépendance en température de la contrainte interne, le terme pré-exponentiel de la loi de comportement n'est donc pas constant. Une analyse thermodynamique permet de remonter aux paramètres vrais d'activation de déformation, en particulier l'énergie d'activation dont la valeur se révéle être inférieure à celle de diffusion en volume et donc proche de l'énergie de diffusion au coeur des dislocations; au-delà de 2000 K, quand la montée des dislocations intervient de façon majoritaire, l'analyse n'est plus vérifiée. Les observations en M. E. T. Confirment les résultats précédents et mettent en évidence la dissociation glissile des dislocations basales. Nous proposons un modèle microscopique de déformation plastique basé sur le mouvement des dislocations qui s'opére suivant un mécanisme de cisaillement avec diffusion, modèle compatible avec la loi de comportement proposée.

We have investigated the various plastic deformation modes observed in crystalline materials, and have theorically analysed in detail those occuring in tungsten hemicarbide. The previously published data dealing with plastic deformation in transition metal carbides have been critically reviewed. We have optimized the elaboration process of the W2C samples which were studied in terms of their deformation, mechanisms. Between 1400 and 2500 K, only one gliding system is activated and the corresponding diffusion parameters of 14C were determined, both in the bulk or at the grain boundaries. A high temperature neutron powder diffraction analysis of hemicarbides with varying composition allowed us to characterize the order transitions occuring up to the completely disordered state of carbon atoms. From the mechanical tests data obtained between 1400 and 2500 K, we have shown that plastic deformation is thermally activated. The internai stress was found to be strongly temperature dependent implying that the pre-exponential factor of the constitutive law is not constant. A thermodynamic analysis of the results gave us the true activation parameters, particularly that of the activation energy whose value turns out to be lower than that of a bulk diffusion process and thus doser to that of a dislocation core diffusion process. Our analysis is no longer valid beyond 2000 K, since the predominant deformation mechanism becomes dislocation climbing. The study of the samples by T. E. M. Confirmed the preceding analysis and we were able to observe the glissile dissociation of dislocations in the basal plane. We have proposed a microstructural model for plastic deformation based on a gliding process involving ''shear diffusion'' whose mechanism is compatible with the proposed constitutive law.