Modélisation polycristalline du comportement élastoplastique d’un acier inoxydable austéno-ferritique

Polycristalline models of plasticity behaviour of an austenitic-ferritic stainless steel

• Auteur / Autrice : Pierre Evrard
• Direction : Suzanne Degallaix, Iris Alvarez-Armas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Ecole Centrale de Lille en cotutelle avec Universidad nacional de Rosario (Argentine)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Plasticité

Microstructure (physique)

Micromécanique (physique du solide)

Acier inoxydable -- Fatigue

Mots clés libres

Acier inoxydable duplex (= acier inoxydable à structure duplex) (= acier inoxydable biphasé)

Acier inoxydable austéno-ferritique

Résumé

Jusqu’ici, la modélisation du comportement mécanique d’un acier inoxydable duplex n’a été entreprise qu’à l’aide de modèles phénoménologiques qui ne prennent pas en compte le caractère biphasé du matériau, et polycristallin de chaque phase. De plus, l’identification des paramètres matériau nécessite une large base d’essais. Ceci a motivé le développement d’un modèle muti-échelles polycristallin biphasé. Deux modèles de la littérature sont étendus à l’acier duplex. Les comportements des grains austénitiques et ferritiques sont décrits via des lois de plasticité cristallines. L’identification des paramètres matériau ne demande que deux essais mécaniques simples et des données de la littérature. Les modèles proposés rendent bien compte des premières boucles d’hystérésis d’essais de traction-compression/torsion non-proportionnels et de l’évolution des surfaces de plasticité. Puis, l’adoucissement cyclique a été expliqué à partir d’analyses au microscope électronique à transmission. Celles-ci ont montré que les deux phases participent à l’adoucissement cyclique. Cependant, dans une première approche, seul le réarrangement des dislocations en zones dures et molles dans les grains ferritiques a été modélisé. Les résultats montrent que le nouveau modèle prédit bien le durcissement et l’adoucissement cyclique, et les boucles d’hytérésis au cycle stabilisé. Enfin, les champs cinématiques issus d’un calcul de microstructure ont été comparés à ceux mesurés. Une bonne concordance est observée suite à un trajet de traction monotone, l’écart est plus important pour un trajet de traction-compression.

Until now, the plastic behaviour of an austenitic-ferritic stainless steel (DSS) has been modelled using phenomenological models. Unfortunately, these models do not take into account the biphased character of the material, and the polycrystalline character of each phase. Furthermore, a large experimental data base is necessary in order to identify model parameters. These results motivated the development of a biphased polycrystalline model. Two models are used and extended in order to take into account both polycrystalline phases. A single crystal law describes each austenitic and ferritic phase. Model parameter identification needs only two simple tests and literature results. Both models predict correctly the first hysteresis loops for a tension-compression/torsion test and the yield surface evolution. Then, the cyclic softening is explained from transmission electronic microscopy analyses. It is observed that both phases contribute to cyclic softening. However, in a first approach, only the rearrangement of dislocations in hard and soft zones in ferritic grains is modelled. The results show that the new model predicts well cyclic hardening and softening and the stabilized hysteresis loops for uniaxial and biaxial non-proportional cyclic loading. Finally, kinematic fields obtained by a microstructure computation are compared to the experimental ones. After a monotonic tension test, a good agreement is obtained between simulated and experimental kinematic fields, which is not the case after a tension-compression test.