Déformation critique à l’apparition du PLC

Nous avons déjà signalé à plusieurs reprises que l’apparition du phénomène Portevin-Le Châtelier nécessite généralement une déformation plastique critique. Cette déformation critique est l’objet de ce paragraphe. Cette déformation correspond lors d’un essai de traction par exemple à la transition entre une déformation homogène et une déformation hétérogène d’une éprouvette marquée par la naissance et éventuellement la propagation de bandes de déformation. La déformation critique peut être relevée directement sur la courbe contrainte-déformation en notant l’apparition des oscillations mais aussi par corrélation d’images et thermographie après visualisation des bandes de déformation. La figure 4.55 montre l’évolution de cette déformation critique en fonction de la vitesse de déformation lors d’essai de traction à la température ambiante sur des éprouvettes plates lisses de 2 mm d’épaisseur et sur des éprouvettes cylindriques lisses de 6 mm de diamètre et obtenues par les trois méthodes citées ci-dessus quand celles-ci étaient disponibles.

La figure 4.56 montre l'évolution de la déformation critique ε_c qui correspond à l'apparition de l'effet PLC en fonction de la vitesse de déformation pour trois types d’éprouvettes à la température ambiante. Les déformations critiques ont été mesurées directement sur la courbe contrainte-déformation, mais également par corrélation d’images, par thermographie infrarouge et à l’aide des indications d’un extensomètre. Les résultats sont similaires et le choix fait a été toujours de la déformation la plus petite entre les moyens de mesure. De plus, aux essais à des vitesses de déformation élevées ou près des limites de fonctionnement de la machine quasi-statique, où on peut confondre les oscillations et le PLC sur la courbe contrainte-déformation, la déformation critique a été mesurée par la thermographie infrarouge. Lorsqu’aux hautes ou aux basses températures, on n’avait ni caméra infrarouge ni corrélation d’images, la mesure de ces déformations a été faite à l’aide d’un extensomètre.

(a) (b)

Figure 4.55: Déformations critiques pour l'occurrence de l'effet PLC en fonction de la vitesse de déformation globale pour : (a) les éprouvettes plates lisses (EPL) et (b) les éprouvettes cylindriques lisses (ECL) avec un diamètre de 6 mm à température ambiante par les méthodes obtenues à partir de la courbe-contrainte-déformation, de la corrélations d’images et de la thermographie infrarouge, quand disponibles.

Figure 4.56: Déformations critiques pour l'occurrence de l'effet PLC en fonction de la vitesse de déformation globale pour les éprouvettes plates lisses (EPL) et les éprouvettes cylindriques lisses (ECL) avec un diamètre de 3 et 6 mm à température ambiante dans ces trois cas.

Cette figure laisse voir une variation complexe de la déformation critique avec la vitesse de déformation. Mais malgré la disparité des résultats, une même tendance est observée. Aux faibles vitesses, la déformation critique augmente. Aux vitesses intermédiaires, on observe une diminution nette ou limitée. Aux grandes vitesses, on reconnaît encore un domaine d’augmentation de cette déformation critique qui diminue aux trop grandes vitesses lorsque les essais ont pu être réalisés. Notons que ces observations sont faites aussi bien pour les éprouvettes plates que cylindriques de diamètre d = 3 mm. Le domaine de vitesses étudié avec les éprouvettes cylindriques de d = 6 mm n’étant pas le même pour tirer les mêmes conclusions.

Le tableau 4.1 montre les autres déformations critiques, pour les mêmes types d’éprouvettes, mais pour des essais à diverses températures.

Tableau 4.1: Déformations critiques pour les essais présentant l’effet PLC à hautes et à basses

L’obtention de la déformation critique pour l’apparition de l’effet PLC n’est pas une tâche simple dans ces cas. La géométrie d’éprouvette a une influence sur les amplitudes des

« oscillations » en contrainte correspondant aux bandes de déformation. On se sert donc de la thermographie infrarouge pour repérer ces bandes et, par suite, obtenir les déformations critiques.

La figure 4.57 montre les données de thermographie infrarouge pour l’essai de traction EPL42. La figure 4.57a montre l’ensemble de l’essai jusqu’à la rupture. La figure 4.57b en montre un zoom pour mieux voir la toute première bande de PLC de l’essai. Comme déjà indiqué précédemment, la variation de température dans les bandes augmente avec la déformation, d’où l’intérêt de ce zoom.

La figure 4.58 montre exactement la même chose pour l’essai EPL43, dans le cas de la compression monotone.

(a) (b)

Figure 4.57: Essai de traction monotone sur l’alliage AA5083-H116 (EPL42) sur une éprouvette de section de 10x9 mm². Détermination de la déformation critique pour le PLC en traction. (a) L’essai complet jusqu’à la rupture ; (b) un zoom du début de l’essai pour mieux voir les bandes au début de l’essai.

(a) (b)

Figure 4.58: Essai de compression monotone sur l’alliage AA5083-H116 (EPL43) sur une éprouvette de section de 10x9 mm². Détermination de la déformation critique pour le PLC en compression. (a) L’essai complet jusqu’à la rupture ; (b) un zoom du début de l’essai pour mieux obtenir les bandes au début de l’essai.

La figure 4.59a montre la réponse contrainte-déformation lors de l’essai EPL47 et la figure 4.59b les données correspondantes pour la thermographie infrarouge pour la partie finale de l’essai où une traction monotone jusqu’à rupture est effectuée après 10 cycles de traction-compression symétrique à une déformation maximale inférieure à la déformation critique observée en traction. Lors de ce dernier cyclage, le PLC n’est pas observé. Lors de la traction qui suit, le phénomène réapparaît à une déformation très proche de la déformation critique observée en traction monotone. L’effet du cyclage semble donc ne pas avoir d’effet majeur sur la déformation critique.

(a) (b)

Figure 4.59: Essai de traction-compression suivi d’une traction jusqu’à la rupture sur l’alliage AA5083-H116 (EPL47). Effet d’une prédéformation cyclique sur l’apparition du PLC.

Dans le cas de l’essai EPL48 (cf. figure 4.60) similaire mais où un cyclage a directement été imposé à une déformation maximale supérieure à la déformation critique en traction monotone, on observe évidemment des bandes de déformation à la première traction à une déformation critique sensiblement identique (ε = 0,022 au lieu de ε = 0,024). Ces bandes subsistent jusqu’à la fin du cycle de traction, disparaissent pendant la décharge et ne réapparaissent en compression qu’après une certaine déformation critique (ε = - 0,038). Elles continuent jusqu’à la fin de la compression, disparaissent encore pendant le rechargement et réapparaissent en traction au cours du deuxième cycle après une déformation critique de ε = 0,016. Le scénario est répété et les bandes apparaissent encore en compression à ε = - 0,0077.

Pendant le deuxième cycle puis en traction et compression à des déformations respectives de 0,0081 et - 0,011. Les résultats obtenus certes insuffisants pour tirer des conclusions générales permettent néanmoins de voir que la déformation critique pour l’apparition du PLC évolue avec l’histoire de la déformation. La comparaison des essais de traction et compression monotones laissent apercevoir qu’une fois la déformation critique déclenchée, nous aurons des bandes PLC le long de tous les cycles suivants, bien entendu, à une même gamme de déformation. La morphologie des bandes en traction et en compression est semblable, ainsi que leur inclinaison et leur épaisseur.

Le tableau 4.2 présente la déformation plastique critique pour l’apparition du PLC pour les quatre essais présentés dans cette section.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Figure 4.60: Essai de traction-compression cyclique sur l’alliage AA5083-H116 (EPL48) sur une éprouvette plate de section 10x9 mm². L’amplitude de la première traction dépasse déjà la déformation critique pour l’apparition du PLC. Observations des bandes de PLC sur les tractions et compressions successives. (a) Traction (1^er cycle) ; (b) Compression (1^er cycle) ; (c) Traction (2^ème cycle) ; (d) Compression (2^ème cycle) ; (e) Traction (3^ème cycle) ; (b) Compression (3^ème cycle).

Tableau 4.2: Déformation plastique critique pour l’occurrence du PLC sur l’alliage AA5083-H116 pour comparer avec les différents types de chargements pour une éprouvette prismatique de section 10x9 mm.

Essai ε^{p critique}

EPL42 0,024

EPL43 -0,019

EPL47 0,028

EPL48

1^er cycle 2^ème cycle 3^ème cycle

Traction Compression Traction Compression Traction Compression

0,022 -0,0038 0,016 -0,0077 0,0081 -0,011