• Aucun résultat trouvé

I.2 Les alliages de magnésium

I.2.2 Comportement mécanique à froid

La déformation plastique des matériaux cristallins se fait principalement grâce au

déplace-ment des dislocations dans leurs plans de glissedéplace-ment. Un plan de glissedéplace-ment est activé lorsque

la contrainte limite de cisaillement, appelée cission critique résolue (CRSS : Critical Resolved

Shear Stress), est atteinte dans le matériau. Il existe plusieurs types de systèmes de glissement

dans la structure hexagonale compacte : basal{0001}, prismatique{10¯10}, pyramidalπ

1

{10¯11}

et pyramidal π

2

{10¯12}. Les vecteurs de Burgers associés sont de type < a > (b =

13

[11¯20]) ou

< a+c > (b =

13

[11¯23]) (gure I.23).

a

c a

Figure I.23 Systèmes de glissement dans la structure hexagonale compacte avec les vecteurs de Burgers

associés : de type < a > pour le système basal, prismatique et pyramidal π

1

et de type < a+c > pour

le système pyramidalπ

2

[Agnew and Duygulu, 2005].

Les travaux de Roberts, Wonsiewicz et Backofen sur la déformation plastique de

monocris-taux de magnésium ont montré que le magnésium ne possède que deux systèmes de glissement

indépendants, tous deux de type glissement basal [Roberts, 1964; Wonsiewicz. and Backofen,

1967]. Le magnésium ne satisfait donc pas au critère de Taylor qui requiert cinq systèmes de

glissement indépendants an d'assurer une bonne déformation plastique [Taylor, 1938].

Néan-moins, les récents travaux d'Agnew et al. sur l'alliage de magnésium AZ31 donnent un rapport

des CRSS pour le glissement non basal et basal bien inférieur aux valeurs trouvées dans des

études précédentes. Ceci suggérerait l'activation de plans de glissement autres que les plans

de base [Agnew and Duygulu, 2005]. On considère donc que l'activation des plans de base est

I.2. Les alliages de magnésium

favorisée à température ambiante par rapport aux autres plans cristallographiques mais que

l'activation d'autres plans n'est pas à exclure.

La structure hexagonale compacte des alliages de magnésium explique donc leur capacité de

déformation à froid limitée. Pour leur mise en forme, on se place généralement à des températures

supérieures à 473 K, pour lesquelles les plans prismatiques et pyramidaux vont pouvoir être plus

facilement activés.

I.2.2.2 Rôle de la texture cristallographique

La capacité de déformation d'un matériau va dépendre de son nombre de systèmes de

glis-sement mais également de la valeur du facteur de Schmid. Ce facteur est donné par la relation

suivante : m = cosθcosχ, avec θ l'angle entre la normale au plan de glissement et l'axe de

sollicitation et χ l'angle entre la direction de glissement et l'axe de sollicitation. Le glissement

s'eectuant pour les plans dont la valeur de m est maximale, les plans orientés à 45 par

rap-port à l'axe de sollicitation seront par exemple les premiers activés. Les plans parallèles à la

sollicitation auront quant à eux un facteur de Schmid nul (cosθ = 0) et donc ne pourront pas

participer à la déformation. On comprend donc l'importance de la texture cristallographique :

l'orientation des plans de glissement par rapport à l'axe de sollicitation inue fortement sur la

réponse mécanique du matériau. La gure I.24 reprend les directions spéciques d'une plaque

laminée : DL

la direction de laminage, DT

la direction transverse et DN

la direction normale,

ainsi que l'orientation cristallographique principale des grains à l'issue du laminage. Les alliages

corroyés possèdent souvent une texture bre, c'est-à-dire que la grande majorité des grains ont

leurs axes

c orientés parallèlement à la direction normale DN

.

DL

DN

DT

DL

DN

DT

Sens de laminage

Figure I.24 Directions spéciques d'une plaque laminée et orientation cristallographique principale des

grains à l'issue du laminage.

DN, présente un facteur de Schmid nul dans le cas d'une sollicitation suivant les directionsDL

ouDT

. Dans ce cas limite les plans de base ne permettent pas d'accommoder la déformation, les

plans de glissement non-basaux et/ou d'autres mécanismes contribuentt alors à la déformation.

Les gures de pôles réalisées par Agnew et al. sur un alliage de magnésium préalablement

laminé présentent bien une texture bre (gure I.25.a) [Agnew and Duygulu, 2005]. La gure

de pôle (0002) montre une forte concentration du signal au centre qui indique qu'une grande

proportion des plans de base est orientée dans une même direction. En reprenant le schéma

d'orientation d'une plaque laminée gure I.24, on a donc les plans de base orientés en majorité

parallèlement aux directionsDL

etDT

. La répartition symétrique du signal en périphérie de la

gure de pôle des plans prismatiques (10¯10) signie qu'il n'y a pas d'orientation préférentielle

de ces plans.

État H24

État ‘O’

DL

DT

(a)

Con

tra

in

te

vraie

(

MPa

)

Déformation vraie

Traction

DL

DL

DT

DT

Tôle d’AZ31

état ‘O’

(b)

Figure I.25 Figures de pôles (10¯10) et (0002) de l'alliage AZ31 à l'état laminé (état H24) et après

un recuit d'1h à 618 K (état 'O') [Agnew and Duygulu, 2005] (a). Courbes contrainte-déformation en

traction et en compression d'une tôle d'AZ31 à l'état 'O' suivant trois directions par rapport à la direction

de laminage de la tôle (O(DL)

,45et90(DT

)) [Lou et al., 2007] (b).

La direction de cisaillement privilégiée des plans de glissement étant celle orientée à 45

par rapport à l'axe de sollicitation, dans cette conguration, les plans de base présentent donc

un facteur de Schmid faible. Néanmoins, une déformation importante est obtenue lors d'une

sollicitation en traction à température ambiante (gure I.25.b). Cette capacité de déformation

peut être en partie reliée à l'écart de la texture à une bre parfaite, qui permet alors l'activation de

certaine proportion des plans de base, mais aussi à l'activation de plans non-basaux [Agnew and

Duygulu, 2005]. On observe également sur la gure I.25.a un étalement de la texture légèrement

I.2. Les alliages de magnésium

plus important dans la direction de laminage (DL

). Cet étalement non symétrique de la texture

conduit généralement à une anisotropie de contrainte, comme on peut le voir sur les courbes de

la gure I.25.b. Les contraintes sont plus fortes dans la direction DT

que DL

, que se soit en

traction ou en compression. Cette diérence s'explique par le fait qu'un étalement plus important

dans la directionDL

entraîne un facteur de Schmid plus grand et donc une activation des plans

de base plus facile. Inversement la contrainte seuil pour activer les plans de base est donc plus

élevée dans la directionDT

.

On remarque également que la limite d'élasticité est deux fois plus élevée en traction qu'en

compression ainsi qu'un coecient d'écrouissage plus fort dans le cas de la compression. Cette

diérence de comportement entre la traction et la compression est généralement attribuée à

l'activation du maclage.

I.2.2.3 Rôle du maclage

Les structures hexagonales compactes ont la capacité d'activer du maclage, en plus du

glisse-ment des dislocations, comme autre mécanisme de déformation. Le maclage est un mouveglisse-ment

de cisaillement local d'un volume déni du cristal contrairement au glissement qui se déroule sur

un plan cristallin unique. Reed et al. ont mesuré une CRSS permettant d'activer du maclage

pour du magnésium pur, 10 fois supérieure à celle du glissement basal [Reed-Hill and Robertson,

1957]. Le maclage prend place dans les alliages monocristallins uniquement si les plans de base

sont orientés défavorablement par rapport à l'axe de sollicitation. Mais ce critère ne semble pas

susant pour prédire l'activation de maclage ou non puisque Belle et al. ont montré que le mode

de sollicitation (traction ou compression) inuait également [Bell and Cahn, 1957]. Les courbes

de traction suivent une forme standard tandis que les courbes de compression présentent une

courbure inversée, caractéristique de l'activation du maclage lors de la déformation (gure I.25)

[Lou et al., 2007].