Influence de la température et du trajet de chargement sur les transitions volume/surface des métaux cubiques à faces centrées

Temperature and strain path influence on size effects of face centered cubic metals

• Auteur / Autrice : Pierre-Antoine Dubos
• Direction : Eric Hug
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux et des structures
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Caen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Hug

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métallurgie physique

Écrouissage

Température

Nickel

Cuivre

Résumé

Le comportement mécanique du cuivre et du nickel polycristallins de haute pureté est étudié en fonction du nombre de grains dans l’épaisseur à l’aide d’essais mécaniques. La caractérisation des effets de taille est réalisée sur des échantillons d’épaisseur constante (t = 500 µm) et de tailles de grains d variables. Dans un premier temps, ces différentes microstructures sont caractérisées par EBSD. Dans un deuxième temps, l’influence du trajet de chargement sur ces effets de taille est examinée à température ambiante à l’aide d’essais de traction et d’essais Nakazima. Lorsque le rapport t/d est réduit en deçà d’une valeur critique, le comportement mécanique montre un fort adoucissement. Cette modification intervient à partir d’un certain niveau de déformation plastique fortement dépendant du mode de sollicitation. Dans un troisième temps, le comportement mécanique est étudié en traction à des températures comprises entre -70 °C et 200 °C, afin de comprendre si une mise en forme en température peut minimiser cette modification du comportement. Pour chaque température l’effet de la taille de grains est étudié avec la loi de Hall-Petch et la modification de l’écrouissage avec le formalisme de Mecking-Kocks. L’analyse de ce formalisme couplée à des analyses de structures de dislocations par MET et à des simulations numériques permettent de discuter sur l’origine de la transition polycristal/multicristal, à travers la mise en place d’effets de surface. La comparaison entre le cuivre et le nickel amène à une discussion sur l’influence de l’énergie de faute d’empilement sur les mécanismes de déformation.

The mechanical behavior of high purity polycrystalline copper and nickel is investigated with mechanical tests for different numbers of grains across the thickness. The characterization of size effects is performed on samples with constant thickness (t = 500 µm) and various grain sizes d. Firstly, the different microstructures are characterized by EBSD. Secondly, the strain path influence on size effects is investigated at room temperature with tensile and Nakazima tests. If the t/d ratio is reduced below a critical value, the mechanical behavior shows a strong softening. This modification appears from a critical plastic strain level which is strongly dependent of the loading. Thirdly, to understand if the behavior modification can be reduced by microforming at temperature, the mechanical behavior is studied in tension at temperature ranging between -70 °C and 200 °C. For each temperature, grain size effect is studied with the Hall-Petch law and the work-hardening modification by Mecking-Kocks formalism. This formalism analysis associated with observations of dislocation structures by TEM and numerical simulation allow to discuss on the origin of the polycrystal/multicrystal transition, with the implementation of surface effects. The comparison between copper and nickel leads the discussion on the stacking fault energy influence on the strain mechanisms.