Thèse soutenue

Initiation, évolution et modélisation de l'endommagement de composites à matrice métallique Fe-TiB2
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Auteur / Autrice : Khaoula Dorhmi
Direction : Jean-Pierre Chevalier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
Date : Soutenance le 15/12/2020
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux / PIMM
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
Jury : Président / Présidente : Monique Gasperini
Examinateurs / Examinatrices : Éric Le Maire, Vincent Monchiet, Renald Brenner, Nathalie Gey
Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Le Maire, Vincent Monchiet

Mots clés

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Résumé

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L'objectif de ce travail est d'abord d'étudier les propriétés effectives initiales des composites FeTiB2 ainsi que leur baisse au cours de la déformation plastique. Les modules élastiques initiaux des composites laminés à chaud et à froid sont mesurés expérimentalement à l'aide de plusieurs méthodes. Les analyses de microstructure basées sur les observations du MEB sont utilisées pour classer les particules et les fissures comme données d'entrée dans les modèles. Ensuite, sur la base de cette analyse, des microstructures 3D représentatives sont générées à l'aide de la méthode RSA. Enfin, à l'aide des microstructures reconstruites, le comportement élastique global des composites Fe-TiB2 est étudié numériquement à l'aide de simulations FFT. Les modules d'Young des composites FeTiB2 laminés à chaud sont également déterminés analytiquement en utilisant le schéma d'homogénéisation de champ moyen de Mori-Tanaka. Les propriétés élastiques déterminées expérimentalement, analytiquement et numériquement sont en assez bon accord. Enfin, la déviation de l'isotropie est caractérisée et montre que les composites laminés à chaud sont proches de l'isotropie alors que le processus de laminage à froid tend à diminuer l'isotropie globale des composites. Dans l'ensemble, une amélioration significative de la résistance spécifique par rapport aux aciers standards est obtenue indépendamment des conditions d'élaboration.L'endommagement des composites Fe-TiB2 laminés à chaud commence au début de la déformation plastique par la fissuration des particules. Très peu de décohésion interfaciale a été observée à des taux de déformation très élevés. Ainsi, la précipitation des particules pendant le processus de solidification eutectique donne des interfaces particules-matrice très cohésives. De plus, au cours de la déformation, un maximum de 40% de particules rompues a été observé au MEB lors d'essais de traction. En outre, environ la moitié des particules fissurées apparaissent à la surface après environ 3 % de la déformation totale.Ainsi, l'endommagement progressif, lié à l'augmentation du nombre de particules rompues, à l'initiation et à la croissance de vides entraîne une diminution de la rigidité pendant la déformation. Un modèle permettant de décrire la perte progressive de rigidité observée expérimentalement sur des composites à matrice métallique ductiles homogénéisés soumis à des charges mécaniques est alors développé. Une procédure d'homogénéisation est proposée pour décrire l'effet de l'endommagement sur les propriétés élastiques. Puisque l'endommagement est uniquement du à la déformation plastique, un modèle de type Gurson est considéré pour décrire la nucléation et la croissance des vides. Complété par des équations d'évolution appropriées de la microstructure, ce modèle de plasticité est utilisé pour actualiser les propriétés élastiques qui sont décrites par un schéma d'homogénéisation en champ-moyen. Le modèle incrémental complet est implémenté numériquement et appliqué à la prédiction de la baisse de rigidité. Les prédictions du modèle sont en très bon accord avec les résultats expérimentaux sur les composites Al-SiC, les fontes et le composite Fe-TiB2 de l'étude.