Thèse soutenue

Modélisation multi-échelle de la modification de structure d'un alliage à base de nickel soumis à de très fortes déformations plastiques en surface

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Auteur / Autrice : Thomas Rousseau
Direction : Thierry HocCécile Nouguier-LehonPhilippe Gilles
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 30/05/2016
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
Jury : Président / Présidente : René Billardon
Examinateurs / Examinatrices : Thierry Hoc, Cécile Nouguier-Lehon, Philippe Gilles, Frédéric Château
Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuelle Rouhaud, Samuel Forest

Mots clés

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Résumé

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La compréhension des effets du grenaillage ultrasonore sur l’intégrité de surface des composants métalliques représente un enjeu industriel important. Dans le cadre de cette thèse, une modélisation physique multi-échelle de la plasticité cristalline à la DEM (Discrete Element Model) a été développée. Le grenaillage ultrasonore consiste à mettre en mouvement des billes à l’intérieur d’une enceinte par vibration de la sonotrode. Les impacts répétés sur le matériau entraînent un écrouissage en surface, l’établissement de contraintes résiduelles de compression et la formation d’une couche nanostructurée. L’objectif de cette thèse est d’obtenir une meilleure compréhension des mécanismes conduisant à ces modifications sur un alliage à base nickel. Le mouvement des billes obtenu par DEM est relié aux modifications de la microstructure sous impacts via un modèle éléments finis utilisant une loi de plasticité cristalline. Après validation de chaque étape par des mesures expérimentales, le modèle a permis d’étudier l’effet de la quantité de billes utilisées dans le procédé. Ainsi, un nombre croissant de billes induit une augmentation d’impacts en biais de faible vitesse permettant de concentrer les contraintes résiduelles de compression en extrême surface. De plus, les simulations multi-impacts utilisant une loi de plasticité cristalline ont montré que ces impacts en biais engendraient une densité totale de dislocations et un niveau de désorientations élevées pouvant expliquer la fragmentation des grains et la nanostructuration de la surface. Enfin, ces modifications de la microstructure, visibles jusqu’à 300 µm de profondeur, sont en accord avec les profils de dureté obtenus par nano-indentation et les profils de désorientation issus de l’analyse EBSD (Electron BackScatter Diffraction).