Figure I.17 – Fluctuations longitudinales autour de la vitesse de d´eformation impos´ee
dans un diagramme spatiotemporel durant la transition ´elastoplastique. Les lignes
caract´eristiques pointill´ees (en noire) se d´eplacent de la gauche vers la droite le
long de la partie utile de l’´eprouvette. La vitesse de d´eformation impos´ee est de5×
10
−4s
−1. Les fluctuations peuvent s’´elever jusqu’`a2,5×10
−3s
−1. D’apr`esFressengeas
et al. [2009].
I.3 Formulation du problème
Les m´ecanismes ´el´ementaires `a l’origine de la d´eformation plastique du α-titane
commercialement pur ont ´et´e largement ´etudi´es en compression. Il semble ainsi clair
qu’en compression, le maclage joue un rˆole important dans l’augmentation brusque
du taux d’´ecrouissage observ´e `a l’´echelle macroscopique. Par contre en traction, il y
a une incertitude quant `a savoir si l’´evolution du taux d’´ecrouissage s’effectue en 3
stades. De plus, le rˆole du maclage dans la d´eformation plastique est moins ´etudi´e.
Dans cette th`ese, nous allons ´etudier la complexit´e de la d´eformation plastique sur
plusieurs ´echelles (voir diagramme I.18). `A l’´echelle macroscopique, deux objectifs
sont `a atteindre :
i) Etudier le taux d’´ecrouissage en traction pour s’assurer de la pr´esence ou non
des 3 stades du taux d’´ecrouissage,
ii) D´evelopper un mod`ele microm´ecanique polycristallin capable de repr´esenter
l’´evolution du taux d’´ecrouissage.
I.3 Formulation du problème
Afin de pouvoir ajuster les param`etres du mod`ele par rapport `a la physique des
m´e-canismes microscopiques op´erant dans nos ´echantillons, trois objectifs sont `a r´ealiser
`a l’aide de l’analyse MEB-EBSD :
iii) Estimer la fraction volumique des macles,
iv) Estimer les activit´es relatives des familles de glissement,
v) Caract´eriser les ´evolutions de texture.
Enfin, l’essai de traction est coupl´e avec l’´emission acoustique et l’extensom´etrie
lo-cale `a haute r´esolution pour ´etudier la d´eformation plastique `a l’´echelle m´esoscopique.
Deux objectifs sont ´egalement poursuivis :
vi) Etudier l’intermittence `a l’aide des donn´ees d’´emission acoustique et plus
pr´e-cis´ement, l’effet du sens de chargement par rapport `a la texture initiale sur le
signal acoustique.
vii) Etudier la propagation d’ondes plastiques `a l’aide des donn´ees de
l’extensom´e-trie locale `a haute r´esolution
Dans ce manuscrit, nous allons essayer de poser des bases pour une mod´elisation
future des h´et´erog´en´eit´es observ´ees `a l’´echelle m´esoscopique.
OBJECTIFS
MACRO
MICRO
ESSAI DE TRACTION
A- T’ON LES 3 STADES?
1
2
3
4
ANALYSE MEB-EBSD
HETEROGENEITE LOCALE
ESTIMER LES PARAMETRES ET FORMULER LES HYPOTHÈSES DU MODELE
MODELE POLYCRISTALLIN
A TRANSITION D’ECHELLES
MESO
- INTERMITTENCE PAR EMISSION ACOUSTIQUE
- ONDES PLASTIQUES AVEC EXTENSOMETRIE LOCALE
- ESTIMER LA FRACTION VOLUMIQUE DE MACLES
- ESTIMER LES ACTIVITES RELATIVES DES FAMILLES
DE GLISSEMENT
- CARACTERISER LES EVOLUTIONS DE TEXTURE
II
Techniques expérimentales et
analyses des données
Ce chapitre d´ecrit les d´emarches exp´erimentales qui ont ´et´e utilis´ees danscette th`ese. Dans un premier temps, on explique le principe des essais
de traction simple pour ´etudier le comportement du mat´eriau `a l’´echelle
macroscopique. Dans un second temps, on traite du couplage de ces essais avec les
techniques d’extensom´etrie locale `a haute r´esolution et d’´emission acoustique afin de
caract´eriser l’h´et´erog´en´eit´e spatiotemporelle de la d´eformation plastique `a l’´echelle
m´esoscopique. L’int´erˆet de ce couplage repose sur la capacit´e de ces techniques `a
fournir des donn´ees locales au cours de la d´eformation plastique. On finit ce chapitre
en d´etaillant les d´emarches utilis´ees pour analyser la microstructure (texture, macles,
lignes de glissement) du mat´eriau.
Mini-sommaire
II.1 Matériau . . . . 64
II.1.1 Composition chimique . . . . 64
II.1.2 Préparation des échantillons . . . . 64
II.2 Caractérisation du comportement mécanique . . . . 66
II.2.1 Essai de traction . . . . 67
II.2.2 Calcul des courbes de déformation. . . . 68
II.3 Extensométrie locale à haute résolution . . . . 71
II.3.1 Préparation d’une grille sur la surface des échantillons 71
II.3.2 Mesure des déplacements locaux . . . . 72
II.3.3 Calcul des déformations et vitesses locales . . . . 73
II.4 Emission acoustique . . . . 76
II.4.1 Principe . . . . 76
II.4.2 Caractéristiques des salves acoustiques enregistrées 77
II.4.3 Analyse statistique des données . . . . 78
II.5 Analyses de la microstructure . . . . 82
II.5.1 Polissage des éprouvettes . . . . 82
II.5.2 Analyse MEB-EBSD . . . . 83
II.5.3 Analyse des lignes de glissement . . . . 85
II.1 Matériau
II.1 Matériau
II.1.1 Composition chimique
Le mat´eriau `a ´etudier est le titane commercialement pur (CP Ti) de grade 2
(T40). Il contient plus d’´el´ements alphag`enes (carbone, azote, oxyg`ene) que
d’´el´e-ments betag`enes (hydrog`ene, fer), ce qui caract´erise sa formeα de structure
cristal-lographique hexagonale compacte, stable en-dessous de 882℃. Le pourcentage des
´el´ements interstitiels est inf´erieur `a 0,15%wt (tableau II.1).
´
El´ements H C N O Fe Ti
Composition ppm (wt.) 3 52 41 1062 237 Reste
Tableau II.1 – Composition chimique du titane commercialement pur ´etudi´e
Figure II.1 – Micrographie de la microstructure initiale de la tˆole de CP Ti
II.1.2 Préparation des échantillons
Le mat´eriau fourni a subi un laminage suivi d’un recuit. Suite `a ces proc´ed´es,
II.1 Matériau
est caract´eris´ee par une d´esorientation de l’axe hci d’environ 30
◦ par rapport `a la
direction normale de la tˆole vers la direction transverse (figureII.2).
{0002} {10¯11} {10¯10}
Max=6.59
0
1
2
3
4
5
6
DT
DL
Figure II.2 – Figures de pˆole de la tˆole initiale du CP Ti mesur´ee par EBSD (708 771
orientations) et trac´ees avec la boˆıte `a outils MTEX [Bachmann et al., 2010].
Figure II.3 – Tˆole-Eprouvettes du CP Ti
Les ´eprouvettes ont ´et´e pr´elev´ees suivant le sens long de la tˆole (direction de
lami-nage (DL)) et le sens travers (direction transverse (DT)). Nos ´eprouvettes de traction
ont une forme conventionnelle avec deux tˆetes comme montr´e sur la figure II.3. Le
choix d’une tˆole plate facilite, d’une part, le couplage de l’essai de traction avec
les techniques d’extensom´etrie locale `a haute r´esolution et d’´emission acoustique, et
