Analyse et modélisation du comportement en chargement inversé d'aciers ferritiques et micro-alliés : prise en compte de la taille de grains et des précipités dans les lois d'écrouissage mixte

Analysis and modeling of the mechanical behaviour of ferritic and micro-alloyed steels during reverse loading : grain size and precipitates effects in mixed hardening laws

• Auteur / Autrice : Anis Aouafi
• Direction : Monique Gasperini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écrouissage

Bauschinger, Effet

Cisaillement (mécanique)

Résumé

L'objectif de la thèse est d'analyser et modéliser l'influence de la taille de grains et des précipités sur l’écrouissage en chargement inversé d'aciers ferritiques et micro-alliés (HSLA), afin d'élaborer des lois d’écrouissage mixte (isotrope et cinématique) dépendant explicitement de paramètres microstructuraux. La caractérisation expérimentale de la microstructure initiale des aciers HSLA a permis d’obtenir les paramètres morphologiques (taille de grains, fraction et taille des précipités…) utiles pour la modélisation du comportement. La caractérisation du comportement mécanique des différents matériaux a été effectuée à l'aide d'essais de cisaillement simple monotone et inversé. Une attention particulière a été accordée aux évolutions de l’effet Bauschinger en fonction de la prédéformation imposée et à l’existence de régimes transitoires d’écrouissage. Un modèle scalaire d’écrouissage mixte inspiré d’une approche de type KME est présenté. L’écrouissage cinématique est considéré comme la somme de deux termes, attribués respectivement à l’effet de joint de grains et à l’effet des précipités. Ce modèle permet de prévoir pour les aciers considérés, présentant différents paramètres morphologiques, le comportement en chargement monotone ainsi que l’évolution de l’effet Bauschinger en fonction de la prédéformation. Dans le cas du chargement inversé, la réponse du modèle est comparée à celles issues de différents modèles phénoménologiques d’écrouissage mixte. Les résultats sont encourageants et montrent que l’on peut prévoir partiellement la dépendance de l’écrouissage global en fonction de caractéristiques microstructurales moyennes.

The aim of this work is to analyze and to model the effect of grain size and of the precipitates on the macroscopic behaviour of ferritic and micro-alloyed steels (HSLA) under reverse loading in order to develop a predictive mixed (isotropic and kinematic) hardening law for such materials. The experimental characterization of the initial microstructure of the HSLA steels has been done to obtain the quantitative results of the morphological parameters such as the mean grain size, the volume fraction and the size of the precipitates. Furthermore, the macroscopic mechanical behaviour have been investigated using monotonous and reverse simple shear tests. Special attention have been paid to the evolution of the Bauschinger effect and to the existence of transitory hardening regimes. A mixed hardening law have been proposed based on the KME approach. Two additive terms have been used for the kinematic hardening, linked to the grain size and to the precipitates effects respectively. The proposed model was able for the considered steels with various morphological characteristics to describe and to predict the macroscopic behaviour under monotonic loading and the evolution of the Bauschinger effect with prestrain. Finally, the model response under reverse loading has been compared to those obtained using classical phenomenological hardening laws. The results show that it is possible to obtain a partial prediction of the global hardening using mean values for the microstructure parameters.