UPThèses

• Français
• English

Français

Mécanismes de déformation plastique aux joints de grains des polycristaux : le cas du couplage cisaillement/migration

La relation de Hall-Petch décrit une évolution proportionnelle de la limite d’élasticité d’un métal avec l’inverse de sa taille de grain. Ce modèle, que l'on peut expliquer à partir d'empilements de dislocations, atteint ses limites pour les tailles de grain nanométriques, en général vides de dislocations. A cette échelle, le seuil de plasticité sature ou décroit, ce qui est généralement attribué à des processus plastiques portés par les joints de grains eux-mêmes, comme la rotation, le glissement intergranulaire et/ou le couplage migration/cisaillement. Si de nombreuses observations rendent compte de ces mécanismes dans les métaux, essentiellement à petits grains, ceux-ci ont rarement été quantifiés. Le modèle de Cahn, Mishin, Suzuki et Taylor (CMST), basé sur les dislocations de réseau et l'équation de Frank-Bilby permet de prévoir le couplage migration/cisaillement, à travers son facteur de couplage beta, en fonction de la désorientation de joints de flexion symétriques. Ce modèle conservatif, qui prévoit que beta (quantité de cisaillement/distance de migration) augmente avec la désorientation du joint, a été en partie validé sur des bicristaux, mais les rares mesures faites sur polycristaux semblent elles indiquer des valeurs de beta faibles, souvent indépendantes de la désorientation des joints. Cette étude tente d'apporter des valeurs statistiques de couplage pour le processus de migration/cisaillement dans des métaux CFC à grains ultra fins issus de déformation plastique sévère. Notamment, nous avons essayé de corréler le couplage avec la désorientation, le plan d’habitat du joint, les conditions expérimentales. Pour suivre le couplage migration/cisaillement, qui peut se produire dans les trois directions de l’espace, nous avons utilisé la microscopie électronique en transmission (MET) et la microscopie à force atomique (AFM), couplées avec des techniques de cartographie d'orientation cristalline. La traction en MET in situ à haute température, couplée avec la technique ACOM (Automated Crystalline Orientation Mapping) permet à la fois de suivre le mouvement des joints en temps réel dans le plan de la lame et, grâce à la corrélation d'image, de remonter au cisaillement qui en découle. Le couplage perpendiculaire au plan a été mesuré en utilisant la microscopie à champ proche sur des échantillons massifs et flués. Dans ce cas, la désorientation des joints est mesurée par EBSD (pour Electron Back Scattered Diffraction). Dans l'ensemble, on peut clairement montrer qu'en l'absence de dislocation intra-granulaire, le couplage cisaillement est le principal vecteur de la déformation plastique véhiculée par les joints de grains. Celle-ci est accommodée par endroit par de la rotation. Dans les trois dimensions de l'espace, ce couplage est en général caractérisé par un facteur beta faible, de l'ordre de la déformation appliquée. Nous avons montré que béta n'est pas lié à la désorientation des joints mobiles, ce qui implique que le modèle CMST peut difficilement servir de base pour expliquer le phénomène de couplage-cisaillement dans les polycristaux à grains fins. Les modèles basés sur les disconnections sont les plus à même d'expliquer cette décorélation entre désorientation et couplage, mais ceux-ci sont encore loin d'être prédictifs.

Mots-clés libres : Microscopie électronique, mécanismes de déformation, aluminium, joint de grains, métallurgie.

Rameau (langage normalisé) :
• Microscopie électronique à balayage et en transmission
  
• Dislocations dans les cristaux
  
• Plasticité
  
• Métallurgie
  
• Alliages aluminium-magnésium
  
• Microscopie à force atomique