Etude de la plasticité du titane en température : couplage entre la diffraction et les approches à champs moyens

Influence of temperature on titanium plasticity : diffraction techniques and mean-field approaches

• Auteur / Autrice : Kodjo Agbovi
• Direction : David Gloaguen, Jamal Fajoui, Baptiste Girault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 06/12/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Eric Hug
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Shabnam Arbab Chirani, Salima Bouvier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anisotropie

Plasticité

Diffraction

Titane -- Alliages

Polycristaux

Mots clés libres

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Résumé

Les alliages métalliques de structure hexagonale ont la particularité de présenter une forte anisotropie plastique et une grande variété de modes de déformation (glissement et maclage) dont l’activité dépend de nombreux facteurs. Selon la température et le mode de sollicitation mécanique, la déformation plastique dans les alliages de titane, en particulier le titane-α (Ti-α), présente un enchainement complexe d’activation de ces différents systèmes de glissements et de maclage, encore mal compris actuellement. Pour mieux appréhender le comportement mécanique du Ti-α, la méthode expérimentale privilégiée a été la diffraction des neutrons et des RX pour l’analyse fine des déformations intergranulaires développées durant les chargements en traction à différentes températures (de l’ambiant jusqu’à 300 °C).L’état mécanique du matériau aux différentes échelles (mésoscopique et macroscopique) a été analysé afin d’avoir des informations sur les mécanismes physiques régissant son comportement global.Une approche autocohérente élastoplastique a été adoptée pour expliquer les observations expérimentales durant les différents chargements thermomécaniques. Elle nous a permis de reproduire quantitativement la loi de comportement du polycristal et des groupes de grains sondés. Cette approche nous a également fourni des données pertinentes sur l’influence de la température sur l’état mécanique et l’anisotropie plastique d’un matériau comme le titane-α.

Hexagonal close-packed metallic alloys develop a strong plastic anisotropy with a large variety of deformation modes (slip and twinning systems) which depends on many factors. Plastic deformation of titanium alloys, especially α-titanium (α-Ti), depends on temperature and mechanical loading mode. It is accommodated by a complex mixture of crystallographic slips and twinning. It remains though unclear which deformation systems are actually activated in the polycrystal during straining. In order to better understand the mechanical behavior of textured α-Ti, neutron and synchrotron X-ray diffraction measurements have been performed to analyze the intergranular strain evolution under tensile tests at different temperatures ranging from ambient up to 300 °C.The material have then been carefully characterized from meso-(grain) to macroscopic scales to obtain relevant information about the physical mechanisms governing its global behavior. An elastoplastic self-consistent approach has been used to explain and interpret the experimental observations achieved under thermomechanical loadings. The model enabled us to predict with success the measured macroscopic behavior and the lattice strain development. It has also provided a comprehensive data set on temperature influence onto the mechanical state and the plastic anisotropy, especially at the mesoscopic level.