Mécanismes de plasticité dans l'alliage CoCrFeMnNi : une étude in situ MET

Plasticity mechanisms in CoCrFeMnNi alloy : an in situ TEM approach

• Auteur / Autrice : Daniela Oliveros
• Direction : Marc Legros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la Matière
• Date : Soutenance le 21/07/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (Toulouse ; 1988-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Poquillon, Mayerling Martinez Celis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe Couzinié, Philippe Castany

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité

Alliages

Dislocations dans les métaux

Mots clés libres

Dislocations

MET in situ

Alliages haute entropie

Dislocations

In situ TEM

High entropy alloys

Résumé

L'objectif de ce travail est de donner un aperçu complet des mécanismes de plasticité, plus particulièrement, du comportement des dislocations, dans l'alliage CoCrFeMnNi, un alliage à haute entropie équiatomique monophasé cristallisant dans la structure cfc. Ses propriétés mécaniques comprennent une résistance élevée, en particulier à basse température, une bonne ductilité et un grand nombre de systèmes de glissement, dont dépend largement sa plasticité. Pour mieux comprendre ses propriétés et ses mécanismes de plasticité, des expériences de déformation MET in situ ont été réalisées aux températures ambiante et cryogénique pour analyser le comportement et les mouvements des dislocations. Les dislocations se comportent comme dans un alliage cfc classique avec une faible énergie de faute d'empilement : des dislocations parfaites de type a/2 [110] glissent dans des plans type {111}, et elles se dissocient en partielles de Shockley a/6 [112]. Les mécanismes responsables de la plasticité sont le glissement planaire et le maclage. Au cours des essaies de traction de cette étude, ils ont été observés aux deux températures d'essai, ce qui permet de conclure que la dissociation des dislocations qui conduit à la formation du maclage est dominée par l'orientation cristalline de l'échantillon. Les mécanismes de déformation sont le résultat de l'interaction classique dislocation/obstacle, mais aussi des distorsions locales du réseau soumis aux dislocations en mouvement. Ceci est mis en évidence dans les expériences de déformation MET in situ sous forme d'obstacles qui épinglent les dislocations (mis en évidence par la courbure de la boucle des dislocations en mouvement sous une contrainte appliquée). Ces obstacles semblent être plus forts à basse température, un fait qui est étudié plus en détail dans ce travail. Les points d'épinglage semblent être le résultat du paysage atomique local de l'alliage CoCrFeMnNi, ce qui provoque également le déplacement "saccadé" des dislocations qui a été rapporté pour cette alliage.

The aim of this work is to give a comprehensive compendium of plasticity mechanisms, more specifically dislocation behaviour, in single-phase equiatomic CoCrFeMnNi, a high entropy alloy that crystallizes in the fcc structure. Its mechanical properties include high strength, particularly at low temperatures, good ductility and a large number of slip systems, on which its plasticity largely depends. To have a better understanding of its properties and its plasticity mechanisms, in situ TEM straining experiments were carried out at room and cryogenic temperatures to analyse dislocation behaviour and movements. Dislocations behave as they do in a classic fcc low SFE alloy: perfect a/2[110] dislocations glide in {111}-type planes, and they dissociate into a/6[112] Shockley partials. The mechanisms responsible for plasticity are planar slip and twinning. They both occur at the two testing temperatures in this study, leading to conclude that the dissociation of dislocations that lead to twin formation is dominated by the crystalline orientation of the specimen. The strengthening mechanisms are a result of the classical dislocation/obstacle interaction, but also of the local lattice distortions subject to moving dislocations. This is evidenced in the in situ TEM straining experiments as obstacles than pin dislocations (evidenced by the curvature of dislocations loop while moving under applied stress). These obstacles seem to be stronger at low temperature, a fact that is further studied in this work. The pinning points seem to be a result of the local atomic landscape of CoCrFeMnNi alloy, which also causes dislocations to move in the reported "jerky" manner for the alloy.