Résultats sur le titane

III.2.3.1 Essais de traction

Pour chaque direction de laminage, six éprouvettes macroscopiques ont été testées et cinq éprouvettes de mésotraction ont été évaluées. Les courbes contrainte-déformation des essais de traction réalisés à l’échelle macroscopique et mésoscopique sont présentées sur la figureIII.2 - 16a. Le matériau présente un comportement élasto-plastique avec un écrouissage presque linéaire. Les éprouvettes ont dans les deux cas été extraites dans la di- rection de laminage. Excepté dans la zone de transition élasto-plastique les deux courbes sont très proches. Il semblerait donc qu’il n’y ait pas d’effet d’échelle entre les éprouvettes macroscopique et mésoscopique malgré le fait qu’il y ait moins de 10 grains dans l’épais- seur des éprouvettes de mésotraction.

Une étude d’anisotropie a été menée sur le titane. La figure III.2 - 16b montre les courbes contrainte-déformation issues des essais de traction à l’échelle macroscopique dans trois directions orientées différemment par rapport à la direction de laminage. La courbe référencée Ti-L correspond aux éprouvettes usinées suivant la direction de lami- nage, Ti-T à la direction travers-long et les éprouvettes dont la courbe est référencée Ti-45 sont usinées à 45 ˚ par rapport à la direction de laminage. Ce référencement sera celui uti- lisé par la suite pour décrire ces éprouvettes. Ces essais permettent de mettre en évidence une anisotropie significative de la tôle qui se traduit par un comportement mécanique différent de chacune des orientations d’éprouvettes. On peut remarquer que la courbe de traction correspondant à la direction Ti-45 est toujours encadrée par celles des directions Ti-L et Ti-T. Les courbes contrainte-déformation du titane montrent pour toutes les di- rections une zone de transition élasto-plastique continue suivie d’un écrouissage presque linéaire jusqu’à la rupture. L’anisotropie est le résultat de la combinaison de deux facteurs. Le premier est d’origine microstructurale : à l’échelle du cristal, la maille hexagonale com- pacte HC du titane présente des systèmes de glissement particuliers, assez mal distribués dans l’espace et avec des facilités d’activation très variables. Le deuxième facteur est le procédé de mise en œuvre (laminage) de la tôle qui génère une texture cristallographique, ce qui a été confirmé par les analyses EBSD. Dans notre cas, l’anisotropie des propriétés mécaniques est peu marquée car la texture principale est normale au plan de la tôle et les éprouvettes ont toutes été usinées dans ce plan.

Les valeurs des paramètres mécaniques évaluées à partir des différents essais de trac- tions sont récapitulées dans le tableauIII.2 - e. Le module d’élasticité et la limite conven- tionnelle d’élasticité n’ont pas pu être évalués à l’échelle mésoscopique. Les dispersions de mesures sont beaucoup moins importantes que pour l’aluminium et le cuivre.

III.2. RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX ET DU MODÈLE DE SIMULATION 0 50 100 150 200 250 300 350 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 Con tr ai n te (MP a) Déformation Macrotraction Mésotraction

(a) Courbes contrainte vraie-déformation vraie

issues des essais de traction à l’échelle macrosco- pique et mésoscopique dans la direction longitu-

dinale. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Con tr ai n te (Mpa ) Déformation

Courbe expérimentale Ti-L Courbe expérimentale Ti-T Courbe expérimentale Ti-45

(b) Courbes contrainte vraie-déformation vraie

issues des essais traction à l’échelle macrosco- pique suivant trois directions d’éprouvettes par

rapport à la direction de laminage

FIGUREIII.2 - 16 – Résultats des essais de traction sur le titane à différentes échelles et pour différentes orientations d’éprouvettes.

E σ0,2 σu εu

GPa MPa MPa

Macrotraction L 107 2 222 3 413 50 0,42 0,15 Macrotraction T 190 5 446 22 0,41 0,04 Macrotraction 45 205 5 442 15 0,48 0,06 Mésotraction L 347 19 0,21 0,09

TABLE III.2 - e – Résultats des essais de traction aux échelles méso- et macroscopique sur le

titane dans les trois directions pour les éprouvettes macroscopiques et dans la direction de laminage pour les éprouvettes mésoscopiques.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0 50 100 150 200 250 300 350 Profondeur de pénétration (mm) Cha rg e ( N) 300 N 50 N 10 N 0 0.005 0 5 10 15 (a) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0 50 100 150 200 250 300 350 Profondeur de pénétration (mm) Cha rg e ( N) 5 N 50 N 300 N 0 0.005 0.01 0.015 0 5 10 (b)

FIGUREIII.2 - 17 – Courbe chargement-déchargement d’essais réalisés avec un poinçon Brinell

III.2.3.2 Essais d’indentation

L ’essai d’indentation engendrant un état de contrainte en 3 dimensions dans l’éprou- vette, les courbes d’indentation ne peuvent rendre compte de l’anisotropie du matériau que si des faces avec des normales d’orientations différentes sont caractérisées. Dans notre cas, seule la face parallèle au plan de la tôle a été caractérisée. C’est pourquoi pour les deux poinçons, un seul résultat est présenté. Les essais d’indentation ont été réalisés dans les mêmes conditions expérimentales que pour le cuivre. La figure III.2 - 17 montre les courbes de chargement-déchargement réalisés pour plusieurs charges avec les poinçons Vickers et Brinell. Comme pour l’aluminium et le cuivre, la forme des courbes est conforme aux attentes et la tangence des courbes au départ avec l’axe des abscisses montre que la ru- gosité n’a pas d’influence sur les premiers stades du chargement. Pour le poinçon Brinell, les profondeurs maximales de pénétration atteintes sont 6 1 µm pour la charge minimale et 84 3 µm pour la charge maximale. Pour le poinçon Vickers, les profondeurs maximales de pénétration pour les charges minimale et maximale sont respectivement 10 1 µm et 98 1 µm. Malgré les différences de dimension des empreintes, aucun écart n’est notable sur les courbes chargement-déchargement que ce soit pour le poinçon Brinell ou Vickers. Il semblerait donc qu’il n’y ait pas d’effet d’échelle sur les propriétés mécaniques du titane à ces échelles.

La dispersion de mesure étant moins importante à forte charge, nous n’utiliserons que les essais réalisés à charge maximale, c’est-à-dire 300 N. La hauteur de bourrelet équiva- lente hbmax mesurée pour l’essai Vickers à cette charge vaut 5,8 0,4 µm.