Effet de l’écrouissage en surface

La prise en compte de l’écrouissage des couches superficielles induit par le procédé de traitement des plaques en acier AISI H11 (cf. §1.3.2) s’attache, par hypothèse, à un gradient des cissions critiques τs

0 de l’ensemble des systèmes de glissement s 4.37. Celui-ci est introduit par le biais d’une fonction de type puissance des coordonnées des points de Gauss selon la direction Z normale à la surface libre. À savoir que l’attribution des nouvelles valeurs des cissions critiques τs

0 est effectuée indépendamment des orientations ou des positions globales des lattes de martensite dans les couches superficielles. Autrement dit, le gradient des cissions critiques τs

0 est également présent à l’échelle intragranulaire, i.e. au sein même des lattes martensitiques.

En outre, il est également important de noter que les valeurs des cissions critiques sont assez largement amplifiées, i.e. près de 300% au niveau de la surface libre. Le profil de leur évolution ne suit pas exactement la même tendance que celui de la dureté acquise par nanoindentation (Figure 1.29a). Ces aspects sont considérés en vue d’une meilleure appréhension de l’effet de l’écrouissage en surface.

(a) Cartographie des isovaleurs (b) Profil d’évolution

Figure 4.37 – Introduction d’un gradient de cissions critiques τs

0 dans les couches superfi-cielles de la microstructure virtuelle ayant une morphologie anisotrope

La présente investigation s’attache à la microstructure virtuelle ayant une morphologie anisotrope des couches superficielles (Figure 4.17b). Les orientations cristallographiques considérées de celles-ci sont données par le groupement « Texp » (Figure 4.26c).

Analyse du comportement mécanique à diverses échelles. L’apport d’un écrouis-sage des couches superficielles augmente d’une manière significative le niveau de contrainte lors de l’écoulement non linéaire à l’échelle macro (Figure 4.38). Cet aspect, bien qu’il soit observé dans l’investigation expérimentale (cf. §2.4.1), est bien plus prononcé dans le présent contexte en raison de l’amplification volontaire des cissions critiques τs

0 dans les couches superficielles.

Par ailleurs, du fait qu’un tel apport s’articule autour de l’activation de bon nombre de systèmes de glissement, la déformation uniaxiale linéaire à l’échelle macro εe

11, i.e. liée à l’écoulement non linéaire, est bien affectée par l’écrouissage des couches superficielles.

Cependant, cette constatation n’est guère valable pour la déformation totale globale ε11 qui demeure légèrement supérieure à 8%.

Figure 4.38 – Courbes de comportement monotone uniaxiale à l’échelle macro du VER selon l’écrouissage des couches superficielles

À l’échelle locale, notamment à celles des lattes de martensites (Figure 4.39c), le niveau d’hétérogénéité du comportement obtenu pour la surface écrouie est bien accru comparé à la microstructure virtuelle de surface non écrouie (Figure 4.29c). Les niveaux des contraintes locales ont tendance à augmenter du fait que le comportement local demeure linéaire plus longtemps pour la microstructure virtuelle ayant une surface écrouie. Par ailleurs, à l’échelle des anciens grains austénitiques (Figure 4.39a) et celle des paquets (Figure 4.39b), il ap-paraît assez clairement une distinction des comportement des couches superficielles et ceux de la partie inférieure de la microstructure virtuelle. Ces aspects sont essentiellement liés à l’homogénéisation locale.

(a) Échelle des anciens grains aus-ténitiques

(b)Échelle des paquets (c)Échelle des lattes de martensite

Figure 4.39 – Courbes de comportement monotone uniaxiale à diverses échelles pour la microstructure virtuelle ayant des couches superficielles écrouies

Analyse des distributions des variables. La perturbation du comportement global de l’acier AISI H11 est bien mise en évidence par le biais des distributions statistiques des contraintes équivalentes de von Mises σéq (Figure 4.40a) et du nombre de systèmes de glis-sement activés Ns (Figure 4.40c). L’introduction d’une surface écrouie a pour conséquence une augmentation de la valeur moyenne de σéq et une diminution de celle de Ns. Cependant,

les distributions des variables rattachées à la vitesse de cisaillement ˙γssont relativement très peu perturbées (Figure 4.40). Cet aspect s’explique par le fait que les systèmes favorable-ment orientés en surface ont tendance à cumuler des glissefavorable-ments bien plus conséquents dans les couches superficielles écrouies, et ce, en raison de la forte concentration des contraintes équivalentes dans cette zone.

(a) Contrainte équivalente au sens de von Mises σéq

(b) Nombre de systèmes de

glisse-ments activés N_s (c) Dissipation intrinsèque Θ

(d)Facteur de Taylor-Quinney ι (e) Déformation inélastique au sens de von Mises εin

éq

(f) Glissements cumulés des sys-tèmes ^Rt

0

PNs

s=1| ˙γs| dt

Figure 4.40 – Distributions statistiques des variables considérées à l’issue du chargement Les distributions spatiales des variables étudiées confirment bien les constatations évo-quées ci-dessus. Il est en effet assez clair que l’intensité des contraintes équivalentes au sens de von Mises σéq a bien tendance à prendre de l’ampleur au niveau des couches superficielles (Figure 4.41a). Les distributions spatiales permettent également de mettre en évidence une diminution du nombre de systèmes de glissement activés Ns dans les couches superficielles (Figure 4.41b). Cependant, en dépit de sa présence, une distinction de l’effet d’interaction pour σéq et Ns dans la partie inférieure de la microstructure virtuelle n’est guère aisée. À savoir que cet effet est bel et bien apparent dans l’ensemble des variables rattachées à la vitesse de cisaillement ˙γs(Figure 4.41). Or, leur évolution dans les couches superficielles est quasiment identiques pour les microstructures virtuelles de surfaces écrouie et non écrouie. Analyse des cartographies des isovaleurs. À l’inverse des distributions spatiales des contraintes équivalentes de von Mises σéq et du nombre de systèmes de glissement activés Ns, les cartographies des isovaleurs de ces variables (Figures 4.42a et 4.42b) permettent bien une mise en évidence de l’effet d’interaction apporté par l’écrouissage des couches superficielles sur la partie inférieure de la microstructure virtuelle. Dans ces mêmes car-tographies, on constate également une forte concentration des contraintes équivalentes σéq dans les couches superficielles de manière à illustrer un champs quasiment homogène dans

(a) Contrainte équivalente au sens de von Mises σéq

(b) Nombre de systèmes de

glisse-ments activés N_s (c) Dissipation intrinsèque Θ

(d)Facteur de Taylor-Quinney ι (e) Déformation inélastique au sens de von Mises εin

éq

(f) Glissements cumulés des sys-tèmes ^Rt

0

PNs

s=1| ˙γs| dt

Figure 4.41 – Distributions spatiales selon la profondeur des diverses variables étudiées à l’issue du chargement

cette zone. De ce fait, la localisation des contraintes équivalentes dans les joints de lattes de martensite n’est plus évidente. Cette concentration s’accompagne en outre d’une dimi-nution de Ns, et ce, essentiellement au niveau de la surface libre où l’on trouve des valeurs proches de zéro. Cependant, comme évoqué précédemment, ces aspects n’affectent pas né-cessairement le champ de dissipation intrinsèque (Figure 4.42c) qui reste quasiment proche à la microstructure virtuelle de surface non écrouie (Figure 4.35c).

(a) Contrainte équivalente au sens de von Mises σéq

(b) Nombre de systèmes de

glisse-ments activés N_s (c) Dissipation intrinsèque Θ

Figure 4.42 – Cartographies des isovaleurs des variables étudiées au sein de la microstructure virtuelle ayant des couches superficielles écrouies à l’issue du chargement

Par ailleurs, on note que l’apport d’un écrouissage n’a pas énormément affecté le profil de surface engendré par rapport à la microstructure virtuelle non écrouie (Figure 4.43).

(a)Surface non écrouie (b)Surface écrouie

Figure 4.43 – Cartographies des isovaleurs des déformation ε33 selon l’écrouissage des couches superficielles à l’issue du chargement