Comportement mécanique à chaud

L'augmentation de la température va permettre d'activer d'autres mécanismes de

déforma-tion engendrant ainsi une plus grande déformadéforma-tion des matériaux. Il existe trois grands

méca-nismes de déformation à chaud : le uage par mouvement des dislocations, le glissement aux

joints de grains et le uage par diusion. Ces trois mécanismes peuvent être décrits par la loi de

uage suivante :

˙

ε=A^DGb

k

B

T

σ

E

n

b

d

p

, (I.9)

D=D

_o

exp (−Q/RT) le coecient de diusion approprié (m

2

.s

⁻1

), σ la contrainte

d'écoule-ment, E le module d'élasticité, b le vecteur de Burgers, d la taille de grain moyenne, n l'exposant

de contrainte et p le coecient de sensibilité de la vitesse de déformation à la taille des grains.

On utilise également souvent le coecient de sensibilité à la vitesse de déformation m, qui est

l'inverse de l'exposant de contrainte n. Les valeurs de D, p et n vont permettre d'indiquer la

prédominance d'un des mécanismes de déformation par rapport à l'autre.

I.2.3.1 Déformation par mouvement des dislocations

À chaud, en plus du mouvement des dislocations par glissement, vient s'ajouter la montée des

dislocations. La déformation va alors être contrôlée par le mécanisme le plus lent des deux. Pour

ce mécanisme la taille de grain n'intervient quasiment pas (p≈0), le uage est alors décrit par

une loi puissance avec n supérieur ou égal à 3 et Q correspond alors à l'énergie d'activation de la

diusion en volume. En plus de ces phénomènes thermoactivés qui se mettent en place, la bonne

déformabilité des alliages de magnésium provient également de la chute de la CRSS des plans

non-basaux. Une étude a été faite sur l'évolution de la CRSS des diérents plans activables par

Barnett et al. Ils ont constaté qu'à 400 K la valeur de la CRSS des plans non basaux chutait d'un

facteur 100, alors que celle du glissement basal diminuait d'un facteur d'environ 1,2 [Barnett et

al., 2004].

Lors d'une forte déformation à chaud du matériau une recristallisation dynamique peut avoir

lieu en même temps que le matériau se déforme ; ce qui a été observé dans le cas d'alliages de

magnésium [Boissière, 2008; del Valle and Ruano, 2008; Tan and Tan, 2003a].

40% de déformation

(a)

100% de déformation

(b)

Figure I.26 Microstructures de l'alliage AZ31 au cours d'un essai de traction à 523 K et une vitesse

de déformation de 1.10

−4

s

−1

: après 40% de déformation (a) et après 100% de déformation (b) [Tan

and Tan, 2003a].

Tan et al. ont montré que les paramètres permettant un anement maximal de la

microstruc-ture, dans le cas de l'AZ31 (d'une taille de grains initiale de 12 µm), sont une température de

I.2. Les alliages de magnésium

523 K et une vitesse de déformation de1.10

⁻4

s

⁻1

. La gure I.26 présente leurs microstructures

observées après diérents taux de déformation [Tan and Tan, 2003a].

Maclage à haute température : Le paramètre de Zener-Hollomon, déni par l'équation

I.10, permet d'obtenir une équivalence température-vitesse de déformation.

Z = ˙εexp (^Q

^v

RT^), (I.10)

avecε˙la vitesse de déformation,Q

_v

l'énergie d'activation de la diusion en volume, R la constante

des gaz parfaits et T la température.

En fonction de ce paramètre Z et de la taille de grain, Barnett et al. ont tracé le diagramme gure

I.27, qui permet de prédire les zones de prédominance du maclage par rapport au glissement des

dislocations [Barnett et al., 2004]. La variable d

^∗

correspond à la taille de grain critique pour

laquelle on passe d'un mécanisme à l'autre.

Prédominance du

maclage

Prédominance du

glissement des

dislocations

d*

Figure I.27 Transition entre un mécanisme de déformation par maclage et par mouvement de

disloca-tions, en fonction du paramètre de Zener-Hollomon et de la taille de grains dans le cas d'une sollicitation

en compression [Barnett et al., 2004].

Par exemple pour une taille de grain de 25 µm et une vitesse de déformation maximale de

1.10

⁻³

s

⁻¹

, l'activation du maclage se fera pour un Z supérieur à environ7.10

¹¹

s

⁻¹

et donc pour

des températures inférieures à environ 473 K.

I.2.3.2 Glissement aux joints de grains

Bien que la déformation par mouvement des dislocations soit le mécanisme le plus courant,

il est possible de se placer dans des conditions de superplasticité en activant du Glissement aux

Joints de Grains (GJG), permettant généralement d'obtenir des déformations très importantes.

La valeur de n de l'équation de uage (équation I.9) est alors proche de 2 et la taille de grains

a alors une grande inuence. Les valeurs de p diérent suivant que le glissement aux joints de

grains est accommodé par la diusion en volume (p= 2) ou par la diusion aux joints de grains

(p= 3). Un comportement superplastique a été observé pour de nombreux alliages de magnésium

et les études réalisées montrent que le glissement aux joints de grains est favorisé pour des tailles

de grains nes. L'obtention d'une microstructure ne peut se faire par un traitement

thermo-mécanique classique de recristallisation ou bien par Extrusion Coudée à Aire Egale (ECAE)

[Mussi, 2003; Lapovok et al., 2008]. Des valeurs d'allongement à rupture en traction de300% à

900%ont pu être obtenues dans le cas d'alliages traités thermo-mécaniquement [Lapovok et al.,

2008]. Une autre approche proposée par Tan et al. consiste à engendrer de la recristallisation

dynamique an que les grains issus de cette recristallisation permettent du glissement aux joints

de grains et ainsi une déformation superplastique de l'alliage [Tan and Tan, 2003b].

Outre le rôle essentiel d'une taille de grains ne, les auteurs ont mis en évidence l'importance

de la vitesse de déformation et de la température dans l'activation du glissement aux joints de

grains [del Valle et al., 2005; Boissière, 2008].

0 10 20 30 40 50 60 70 0 0.5 1 1.5 2

e

s

(MPa)

6*10-4s-1 1*10-4s-1

AZ31

400 °C

α=90°

1*10-2s-1 5*10-2s-1 5*10-3s-1 1*10-3s-1

673 K

(a)

Température ambiante 373 K 523 K 473 K 573 K 623 K 673 K

(b)

Figure I.28 Courbes contrainte-déformation en traction d'un alliage d'AZ31 avec une taille de grains

initiale de 15 µm. Eet de la vitesse de déformation sur l'allongement à rupture à une température de

673 K (a). Eet de la température sur l'allongement à rupture à une vitesse de déformation de6.10

⁻4

s

⁻1

I.2. Les alliages de magnésium

Les courbes de la gure I.28 montrent que la capacité de déformation augmente grandement

pour des vitesses de déformation faibles et pour des températures élevées. La gure I.28.a montre

qu'une diminution de la vitesse de déformation diminue la contrainte d'écoulement et augmente

la déformation à rupture et sur la gure I.28.b, on constate bien que l'augmentation de la

température améliore la capacité de déformation du matériau.

I.2.3.3 Domaine des mécanismes de déformation

À chaud la capacité de déformation du matériau est reliée au coecient de sensibilité à la

vitesse de déformation m, qui indique notamment le mécanisme de déformation préférentiel. Pour

une température donnée, en traçant le logarithme de la contrainte d'écoulement en fonction du

logarithme de la vitesse de déformation, on obtient une droite dont la pente nous donne la valeur

de m. La valeur de m permet alors de délimiter rapidement les domaines de prédominance des

mécanismes de déformation : pour m 6 0,3 on a plutôt du mouvement des dislocations et pour

m ≈ 0,5 on a plutôt du glissement aux joints de grains. Sur la gure I.29 sont regroupées les

mesures de contrainte d'écoulement en fonction de la vitesse de déformation pour diérentes

températures dans le cas d'un alliage de magnésium AZ31 d'une taille de grain d'environ 15µm

[Boissière, 2008].

Con

tr

ai

nt

e

d’

éc

ou

le

me

nt

(

MPa

)

Vitesse de déformation (s

-1

)

673 K

623 K

573 K

523 K

m ≈ 0,2 m ≈ 0,3 m ≈ 0,7

Figure I.29 Courbes de contraintes d'écoulement en fonction de la vitesse de déformation pour

dié-rentes températures mesurées pour un alliage de magnésium AZ31. La valeur du coecient de sensibilité

à la vitesse m est donnée par la pente des droites. [Boissière, 2008]

vitesse de déformation augmente et pour une vitesse de déformation donnée, m augmente avec

la température qui augmente. Ces variations de m indiquent un changement de mécanisme de

déformation. Pour une température de 673 K, à partir d'une vitesse de déformation de6.10

⁻⁴

s

⁻¹

,

m prend des valeurs supérieures à 0,5 qui sont associées à l'activation du glissement aux joints

de grains. On peut ainsi dénir un domaine susceptible de mettre en jeu de la superplasticité.

Dans le document Elaboration par co-déformation de matériaux stratifiés alliage léger / verre métallique (Page 46-52)