E SSAIS DE RELAXATION A 500°C.

IV.4.a. Mises en charge de relaxation

Les courbes de mise en charge (figure IV-12) (constituées de mises en déformation

successives de 0,2%, 0,2%, 0,5% puis 0,5% à la vitesse de 10-4

s-1

) font apparaître un taux d'écrouissage qui décroît rapidement, allant de valeurs encore élevées comme 20 à 0,5% de déformation, vers une valeur quasi constante d'environ 3 dès 1,5% de déformation plastique.

Par contre, les deux derniers chargements de 0,5%, l'un effectué à la vitesse de 10-7

s-1

, l'autre

à la vitesse de 10-3

s-1

, ne présentent pas de différences marquantes : ils montrent le même taux d'écrouissage très faible (entre 1 et 2) et apparemment une SRS voisine de 0 puisque les contraintes de fin de mise en charge sont toutes deux voisines de 600 MPa.

On remarque par ailleurs qu'à cette température, et après une déformation critique d'environ 1%, des instabilités de régime plastique apparaissent sur les courbes de traction à la

vitesse de 10-4

s-1

. Elles ne sont plus présentes à la vitesse de 10-7

s-1

(cycle N5) mais

réapparaissent à 10-3

s-1

lors du 6e

rechargement (N6). Dans le domaine où SRS ≤ 0, il semble

donc que l’amplitude des serrations augmente avec la vitesse de sollicitation, et que ces instabilités disparaîtraient aux plus faibles vitesses.

Figure IV-12 : Essai de relaxation à 500°C. Microstructure AA, prélèvement tangentiel. Courbes de rechargement σ=f(ε).

IV.4.b. Relaxation à 500° C.

Les courbes de relaxation sur une période d'environ 48 h sont représentées sur la figure IV-13. Suite à la première mise en déformation de 0,2% de déformation plastique, la courbe de relaxation (courbe rouge) présente clairement trois stades successifs. Le premier se situe vers 500 MPa. La contrainte de fin de mise en charge diminue à peine ; le matériau se décharge de 5 à 10 MPa et sa vitesse de déformation décroît d'un facteur cinq : le régime plastique imposé pendant la mise en charge se maintient quelques instants quelques secondes, pendant lesquelles la contrainte visqueuse décroît jusqu'à s'annuler. Au cours du second stade (partie verticale de la courbe), la vitesse de déformation du matériau décroît de plusieurs ordres de grandeur, ici trois à quatre décades. Il faut noter que ceci se produit à contrainte quasiment constante (485 à 490 MPa). Enfin, après 35 s, ce comportement très particulier, observé uniquement dans les matériaux présentant une anomalie de comportement viscoplastique, laisse place à un troisième stade beaucoup plus lent que le mode friction

(3.10-8

s-1

et ralentissant lentement au cours des 45 h suivantes jusque vers 10-9

s-1 ). Contrairement au stade précédent qui n'apportait qu’une contribution très réduite à la relaxation des contraintes, celui-ci apporte au matériau une relaxation pouvant atteindre plus

de 200 MPa en 48h (après chargement à 10-7

s-1 ).

Figure IV-13 : Relaxation avec rechargements multiples à 500°C. Microstructure AA, prélèvement tangentiel. Vitesse de déformation plastique en fonction de la contrainte.

L'interprétation suivante des trois stades de cette courbe est proposée : suite à la mise en charge, l’écoulement du matériau est dominé par un mouvement de glissement des dislocations tellement rapide que les atmosphères d'impuretés ne contrôlent pas la vitesse d’écoulement macroscopique. A l’opposé, au cours du IIIe stade, ce mode de plasticité a entièrement disparu et le comportement viscoplastique du matériau est maintenant contrôlé par le mouvement lent de grandes densités de dislocations qui se déplacent (et s'annihilent) en entraînant dans leur sillage les atmosphères d'oxygène. Ces atmosphères se sont formées en quelques secondes au cours du IIe stade (partie verticale de la courbe) autour des dislocations mobiles qui n'en possédaient pas. Le stade intermédiaire apparaît ainsi comme une transition du premier mode plastique vers le second. C'est une période pendant laquelle les deux modes plastiques sont simultanément présents dans l'éprouvette dans des proportions qui varient très rapidement : le mode friction passant ainsi du tout au rien alors qu’inversement, dans le même temps, le mode traînage passe d'une contribution négligeable à un contrôle intégral du mode d'écoulement plastique du matériau. Noter cependant que du fait de la localisation de la plasticité à grande vitesse, la fraction volumique d'éprouvette concernée par le traînage reste largement majoritaire dans tous les stades (même si elle ne contribue globalement que pour

0,01% à la vitesse de déformation globale initiale : 10-8 s-1/10-4 s-1 = 10-4) pour finir par devenir

totale dans le IIIe stade.

Lors des essais de relaxation qui suivent, les trois mêmes stades restent présents : la pente du premier stade tend à croître alors que celle du stade de transition décroît. La fin de

s'arrondissent. On peut interpréter ce phénomène comme résultant de la plus grande difficulté que présentent maintenant les enchevêtrements plus complexes de dislocations à se restaurer (début de formation de sous structures), d'abord en mode friction puis en mode traînage, avant de laisser place au stade III, qui se caractérise par une viscoplasticité contrôlée uniquement par la restauration et s'effectuant en mode traînage, comme à 600°C. On note enfin que lors

d'une mise en charge à la vitesse de 10-7

s-1

, dans une microstructure de dislocations déjà bien enchevêtrée (déformation totale cumulée de 1,6%), le mode friction n'apporte qu’une contribution très réduite à cette vitesse de déformation qui est très faible. Dès le début du stade de relaxation, on passe donc rapidement au stade III contrôlé par le mode traînage sous des contraintes d'écoulement plus élevées que celles de tous les autres essais. En effet, pour

une vitesse d’écoulement de 2.10-8

s-1

, on mesure respectivement des contraintes d’écoulement

de 570 MPa sur l’essai mis en charge à 10-7

s-1

, contre 520 MPa seulement pour les deux

essais précédant et suivant, l'un mis en charge à 10-4

s-1

et l'autre à 10-3 s-1

. On met donc en

évidence à cette température une SRS négative, d’environ - 7,4 MPa entre 10–4

s-1

et 10-7

s-1 ;

elle reste voisine de zéro vers 10-3

s-1 - 10-4

s-1 .

IV.5. E

N2

+ N3 (10

)

N5 (10

)

500°C

Nous nous proposons d’examiner plus finement qu’il n’a été fait dans les figures IV-12 et IV-13, les signaux expérimentaux provenant des 2 capteurs que possède la machine de relaxation en analysant l’évolution au cours du temps des courbes de vitesse de déformation en fonction de la contrainte.