Acier inoxydable 304

n =ε

Figure II.19. Evolution de l’exposant d’écrouissage instantané en fonction de la déformation rationnelle pour différentes températures d’essai

II.3.2.5. Anisotropie plastique

Une étude de l’anisotropie a été effectuée par Kubler [Kub04] à température ambiante sur le même acier. Les résultats pour des éprouvettes prélevées parallèlement à la direction de laminage (DL), à la direction transverse (DT) et selon la direction à 45° (DD) montrent que l’anisotropie du TRIP800 n’est pas très marquée. Cette constatation est confirmée par des opérations d’emboutissage cylindrique [LED00], où l’avalement de matière sous le serre-flan est uniforme sur la circonférence d’un flan circulaire.

II.3.3. Acier inoxydable 304

Seuls des essais à la température ambiante ont été effectués sur ce matériau. Par contre, une étude de l’anisotropie a été réalisée.

Rappelons que les déformations superficielles ont été mesurées pour ce matériau par analyse d’images à partir d’un mouchetis appliqué sur l’éprouvette. Afin d’obtenir une bonne corrélation d’images, nous avons pris une plus grande largeur de la partie utile de l’éprouvette. Une vérification sur Abaqus a été effectuée pour savoir si le mode de sollicitation n’était pas affecté par cette largeur importante (30 mm). Les simulations numériques confirment l’uniaxialité des contraintes dans la partie utile.

La figure II.20. représente une éprouvette avec mouchetis après rupture. On observe une rupture inclinée selon un angle d’environ 55° par rapport à l’axe de l’éprouvette, ce qui correspond à l’angle prévu pour la striction localisée (critère de bifurcation de Hill, condition de vitesse de déformation nulle dans la direction de la bande).

Figure II.20. Eprouvettes de traction après rupture et mouchetis utilisé sur l’acier 304.

II.3.3.1. Influence de la vitesse de déformation

Les résultats des essais de traction à température ambiante (26°C) pour des éprouvettes découpées selon la direction transverse sont présentés sur la figure II.21., aux trois vitesses de déformation nominales : ε^. =5.3.10−⁴s−¹, ε^. =1.77.10−³s−¹, ε^. =5.3.10−³s−¹.

Les résultats obtenus sont qualitativement comparables à ceux obtenus pour le TRIP800, et traduisent pareillement les conséquences du couplage thermomécanique, qui a pour effet de conduire à une élévation de température qui augmente lorsque la vitesse de traction augmente. La sensibilité à la vitesse de déformation, estimée à partir des contraintes mesurées dans la gamme de déformation

p ε =0,02-0,08, est égale à ln _. 0.03 ln p d m d σ ε

= = . Les sauts de vitesse montrent une augmentation de la valeur de la contrainte en fonction de la vitesse de déformation, ce qui est typique d’un comportement viscoplastique. Les différentes courbes se croisent ensuite pour une déformation de , la sensibilité négative à la température de déformation annulant alors l’effet de la sensibilité positive à la vitesse de déformation.

0.2

p

ε ≈

Une analyse de l’évolution de la température de l’échantillon au cours d’un essai de traction a été évaluée sur l’acier 304 à l’aide d’une caméra infrarouge par Rusinek et al. [RGKN04]. Un échauffement de 16°C est mesuré pour une vitesse de déformation de 10⁻3s⁻1, et de l’ordre de 30°C pour une vitesse de 4.10⁻³s⁻¹. Un essai à 10⁻⁴s⁻¹ n’a pas montré d’échauffement significatif de l’éprouvette au cours de l’essai.

Figure II.21. Influence de la vitesse de déformation pour des essais de traction à température ambiante pour des éprouvettes découpées dans la direction transverse

( , . 4 1 5.3.10 s ε = − − ε^. =1.77.10−3s−1 et . 3 1 5.3.10 s ε = − − )

II.3.3.2. Cinétique de transformation

L’évolution de la fraction volumique de martensite à température ambiante pour un essai de traction uniaxiale de l’acier 304 est comparée à celle de la littérature ([ITT98], [PGBHC06]) ainsi qu’au résultat des calculs numériques développé au chapitre III (figure II.22.). La température ambiante est particulièrement intéressante dans la mesure où les simulations d’emboutissage profond sont principalement effectuées à cette température.

Des mesures de fraction volumique de martensite ont été effectuées par DRX en surface brute sans polissage ainsi qu’à différentes profondeurs par polissage mécanique puis électrolytique. Cette analyse révèle l’existence d’un gradient de transformation martensitique dans l’épaisseur avec un maximum de transformation à mi-épaisseur (figure II.22. à 50% de déformation). Les mesures de fraction volumique de martensite effectuées par DRX en surface sous estiment fortement les résultats expérimentaux de la littérature. D’autres méthodes, par mesures magnétiques (sigmamètre) par exemple, ne permettent pas l’obtention d’un gradient mais donnent le taux de martensite global dans l’épaisseur. Une attention particulière doit alors être apportée quant aux méthodes utilisées dans la littérature. La première analyse en surface brute de l’échantillon sollicité jusqu’à une déformation de 50% indiquait une quantité de martensite présente quasi nulle malgré l’observation du changement du caractère magnétique de la pièce emboutie illustrant bien la présence d’un changement de phase.

Initialement amagnétique, il apparaît après traction uniaxiale une zone magnétique sur la partie utile de l’éprouvette engendrée par la formation de martensite. Un test d’aimantation sur l’ensemble des échantillons prouve bien la présence de martensite pour des déformations supérieures à 35%.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Déformation équivalente Fr acti on vol u m iqu e de mar ten si te

sim exp ITT exp BP

exp surface brute exp poli elect exp poli meca+elect T=298K 304 TU

Figure II.22. Evolutions de la fraction volumique de martensite lors d’essais de traction expérimentaux et simulés à température ambiante sur l’acier 304

II.3.3.3. Analyse de l’écrouissage

L’évolution de l’exposant d’écrouissage instantané est tracée à température ambiante en fonction de la déformation (figure II.23.). L’allure générale est la même que celle pour le TRIP800 avec toutefois un maximum plus important pour l’acier 304 (palier qui dépasse la valeur de 0.4).

i

n

Figure II.23. Evolution de l’exposant d’écrouissage instantané en fonction de la déformation à température ambiante

II.3.3.4. Anisotropie plastique

L’anisotropie plastique a été examinée sous ses deux aspects : niveau de la contrainte d’écoulement et du coefficient d’anisotropie r, à partir d’essais de traction à 0°, 45° et 90° de la direction de laminage.

Les résultats de traction, figure II.24., montrent un certain degré d’anisotropie d’écrouissage, les courbes pour les directions à 45° et 90° restant pratiquement confondues tout au long de l’essai tandis que la courbe pour un essai à 0° montre un écrouissage sensiblement plus fort.

DD

Figure II.24. Influence de la direction de traction (DL, DT, DD) sur le comportement en traction à température ambiante d’un acier 304. Vitesse de déformation 5.3.10⁻⁴s⁻¹

Les mesures des déformations (ε₁,ε₂) obtenues par analyse d’images, associées à l’hypothèse d’incompressibilité * (ε₃= −(ε ε₁+ ₂)), permettent de déterminer le coefficient d’anisotropie 2

3

r ε

ε

= , rapport des déformations plastiques en largeur et en épaisseur dans un essai de traction uniaxiale. Les résultats pour différents niveaux de déformation, et pour les trois directions DL, DT et DD sont reportés dans le tableau II.4.

___________________________

* Nous avons réalisé quelques simulations qui montrent que la variation de volume associée à l’élasticité affecte légèrement les résultats en petites déformations plastiques, mais devient négligeable dès quelques pour cent de déformation. Nous n’avons pas non plus tenu compte de l’augmentation de volume associée à la transformation martensitique.

2 ε ε₁ ε₃ r -0.030 0.067 -0.037 0.827 -0.052 0.111 -0.059 0.885 -0.096 0.200 -0.104 0.918 DL -0.118 0.245 -0.127 0.929 -0.028 0.048 -0.020 1.400 -0.055 0.094 -0.039 1.410 DD -0.150 0.261 -0.111 1.351 -0.019 0.040 -0.021 0.932 -0.031 0.066 -0.035 0.888 -0.041 0.089 -0.048 0.866 -0.061 0.132 -0.071 0.857 -0.080 0.175 -0.095 0.848 -0.090 0.196 -0.106 0.844 DT -0.109 0.238 -0.129 0.845

Tableau II.4. Evolution du coefficient d’anisotropie r pour différentes directions de sollicitation

On note une augmentation du coefficient d’anisotropie avec la déformation pour un essai dans la direction DL, et une diminution pour les directions DD et DT. Pour une déformation , le coefficient d’anisotropie moyen, , vaut =1.12, ce qui dénote une faible anisotropie normale moyenne. Cette valeur est à rapprocher de celle obtenue par Gallée et al. [GMTPL04], =1.09. Toutefois, l’anisotropie planaire, mesurée par le coefficient

, est notable ( = - 0.46). 25 , 0 ≈ p ε 0 90 45 ( 2. moy r = r +r + r ) / 4 ) / 2 moy r moy r 0 90 45 ( 2. r r r r ∆ = + − ∆r

II.4. Résultats des essais d’emboutissage de type