Influence du couplage température et chargement mécanique sur la transformation allotropique du cobalt polycristallin.

Influence of temperature coupling and mechanical loading on the allotropic transformation of polycrystalline cobalt.

• Auteur / Autrice : Nadjib Iskounen
• Direction : Jamal Fajoui, Pierre-Antoine Dubos, Michel Coret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 17/02/2021
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Hubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jamal Fajoui, Olivier Hubert, Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon, Clément Keller, Pierre-Antoine Dubos, Sylvain Freour, Mayerling Martinez Celis, Michel Coret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Françoise Gourgues-Lorenzon, Clément Keller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Allotropie

Cristallographie

Martensite

Oxydes de cobalt

Mots clés libres

Cobalt de haute pureté

Transformation allotropique

Techniques de diffraction

Essais thermiques et mécaniques in situ

Texture cristallographique

Modélisation micromécanique et multi-échelle

High-purity cobalt

Allotropic transformation

Diffraction techniques

In situ thermal and mechanical testing

Crystallographic texture

Multiscale modeling

Résumé

L’effet de la microstructure et du chargement thermomécanique sur les transformations de phases du cobalt polycristallin de haute pureté (99,9 %) a été investigué via diverses techniques expérimentales. Les recuits thermiques permettent une homogénéisation de la microstructure sans provoquer l’achèvement de la transformation martensitique. La transformation martensitique peut être provoquée par un chargement monotone dès le début de l’écoulement plastique, mais aussi par un chargement complexe (essai d’emboutissage). L’anisotropie plastique des tôles et la texture cristallographique affectent la transformation martensitique. Les essais thermomécaniques in situ en diffraction de neutrons ont permis de montrer l’effet considérable de la température sur la transformation induite par la déformation. Au-delà d’une température de 500°C, la déformation plastique ne provoque pas la transformation martensitique. Les modèles d’Eshelby-Kröner et de Hill ont été appliqués au cas du cobalt pur biphasé, en tenant compte du maclage afin d’assurer une compatibilité de la déformation plastique. Il s’agit d’une première tentative mettant en évidence l’importance de la contribution du maclage dans le comportement mécanique du cobalt. Les simulations ont permis de reproduire de façon satisfaisante le comportement mécanique du cobalt multiéchelle des essais mécaniques in situ en diffraction des neutrons.

The effect of microstructure and thermo-mechanical loading on the high-purity polycrystalline cobalt (99.9 wt. % purity) phase transformations was investigated using several experimental techniques. Thermal annealing induces microstructure homogenization without causing the completion of the martensitic transformation. The phase transformation can be induced by monotonous loading from the beginning of the plastic strain, and even by complex loading (stamping test). The plastic anisotropy of cobalt sheets and the crystallographic texture affect the martensitic transformation. In situ thermo-mechanical tests performed in neutron diffraction have allowed to reveal the effect of temperature on the strain induced phase transformation. Above 500°C, phase transformation can’t be induced by plastic strain. Eshelby-Kröner and Hill models were applied to the case of two-phase pure cobalt, taking into account twinning in order to satisfy plastic deformation compatibility. This is a first attempt highlighting the impact of twinning contribution on the cobalt mechanical behavior. Performed simulations have allowed to reproduce acceptably the multiscale mechanical behavior of cobalt obtained by in situ neutron diffraction tests.