Mécanismes de déformation et résistance à la rupture des polycristaux à grains ultra-fins : études expérimentales et numériques

Deformation mechanisms and fracture strength of polycrystalline ultrafine-grained materials : experimental and numerical investigations

• Auteur / Autrice : Lukasz Farbaniec
• Direction : Guy Dirras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique option Matériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 13

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métallurgie des poudres

Déformations (mécanique)

Rupture, Mécanique de la

Polycristaux

Nickel

Résumé

L'objectif de cette thèse est à travers deux thèmes fondamentaux d’étudier et analyser les mécanismes de déformation et de rupture des polycristaux cubiques à faces centrées à grains ultra-fins. Dans le premier thème la déformation plastique est considérée comme un procédé de fragmentation des grains en blocs plus petits. À cet effet, la technique dite du poids tombant (développée au SMMA-Supméca) qui est un procédé de déformation plastique en régime dynamique est utilisée pour l'affinement des grains de nickel polycristallin. Les mécanismes d’affinement et de déformation sont ensuite analysées expérimentalement et numériquement par transformée de Fourier rapide (Fast Fourier Transform). Le deuxième thème traite de l'influence de la tri-axialité sur la ténacité des matériaux ductiles ainsi que de l'identification des mécanismes conduisant à la rupture en traction. À cette fin, des essais de traction sur mini-éprouvettes à entaille circulaire et des techniques de modélisation numérique sont développés et mis en oeuvre pour prédire le comportement à la rupture du nickel polycristallin et d’un acier. Les résultats obtenus sont utilisés pour formuler un critère appliquable au chargement d'une fissure. Les résultats numériques sont comparés avec les données expérimentales pour valider la procédure et estimer la ténacité des matériaux étudiés.

The objective of this thesis is to provide insights of two fundamental topics regarding the deformation and failure mechanisms of ultrafine-grained face-centered cubic metals. The first topic considers the mechanisms of plastic deformation as a desired grain fragmentation process in order to achieve a significant refinement of structural elements. For this purpose, the so-called Dynamic Plastic Deformation technique is used to cause the grain refinement of polycrystalline nickel. Subsequently, a Fast Fourier Transform numerical procedure is applied to the microstructure after deformation, and the results are compared with the experiments. The second topic deals with the effect of the stress state on ductile toughness along with identification of the mechanisms leading to tensile failure. To this end, a small-scale experimental and numerical modelling techniques are developed and implemented to predict fracture behaviour of polycrystalline nickel and steel. Consequently, the obtained results are used to formulate a criterion applied to the crack tip situation. The numerical results are compared with the experimental data to validate the procedure and estimate fracture toughness of the investigated material.