Cette étude [Ser08] a été menée sur l’acier UR52N+. Des éprouvettes de traction miniature sont déformées à différentes valeurs de déformation plastique (allant de 0,2 % à 1,8%). La surface des éprouvettes est ensuite observée en microscopie optique, en microscopie électronique à balayage puis en AFM (mode contact). Nous avons mené, pour chaque échantillon, une analyse quantitative des bandes de glissement (nombre, type de bandes, hauteur, espacement), sur une surface représentative de 140*140 µm.
Quelle que soit la déformation plastique étudiée (même pour la plus faible qui est de 0,2 %), nous observons des bandes de glissement, signe de déformation plastique non seulement dans l’austénite mais aussi dans la ferrite.
A la surface de la phase austénitique, nous observons des bandes de glissement linéaires (Figure 9) dont le nombre et la hauteur augmentent avec la déformation plastique. Ainsi, à 1.15 % de déformation plastique, nous observons deux types de bandes : des bandes de hauteur comprise entre 15 et 20 nm, espacées d’environ 1 µm en moyenne et, des bandes moins importantes en hauteur (5 nm) beaucoup plus rapprochées (250 nm). De plus, avec l’augmentation de la déformation dans certains grains, deux systèmes de glissement sont activés.
Figure 9 : bandes de glissement dans un grain austénitique (images en mode erreur)
A la surface de la phase ferritique, les bandes de glissement les plus faibles (2 nm de hauteur) ne sont réellement détectables qu’au microscope à force atomique (pas au MEB). Deux types de bandes de glissement sont observés dans la ferrite : des bandes de glissement linéaires émergentes de l’austénite qui traversent plus ou moins les grains de ferrite notées A1 ou A2 (Figure 10), et des bandes de glissement, d’aspect plus irrégulier, qui sont plus nombreuses et plus hautes aux taux de déformation élevés notées F1 et F2 (Figure 11).
Figure 10 : bandes de glissement dans un grain ferritique - εp = 1.8% - a) : type A1, b) :
type A2 (images en mode erreur)
Figure 11 : bandes de glissement dans un grain ferritique - εp = 1.8% - a) : type F1, b) :
type F2 (images en mode erreur)
Les bandes de glissement de type A (A1 ou A2) sont linéaires et leur orientation semble directement en lien avec celle des bandes de glissement présentes au niveau des grains d’austénite voisins. Les bandes de glissement de type F (F1 et F2) sont quant à elles plus ou moins courbes, d’aspect complètement différent de celles observées au niveau de l’austénite ou des bandes de type A. Les bandes de glissement de type F1 sont présentes à l’intérieur des grains de ferrite. Ayant une longueur inférieure à celle du grain, elles ne se situent pas à proximité des joints de phase. Les bandes de glissement de type F2 ont les caractéristiques des bandes de type F1, sauf qu’une de leurs extrémités est rectiligne et en contact avec le joint de phase.
Les bandes de glissement résultent de l’intersection du plan de glissement activé avec la surface libre du matériau. Ainsi, connaissant, par les analyses EBSD effectuées avant essai, les orientations cristallographiques de chaque grain, nous avons pu calculer l’angle entre l’axe de chargement et les bandes de glissement qui sont associées aux différents systèmes de glissement qui peuvent être activés dans les réseaux cubique faces centrées (12 systèmes : (111<110>)) et cubique centré (48 systèmes : (110<111>), (211<111>), (321<111>)) [Man02, Vil02, Fre06]. La comparaison entre les angles calculés et les angles que font les bandes de glissement observées à la surface de l’échantillon avec la direction de chargement, mesurés à partir des images AFM, permet de déterminer les systèmes de glissement activés lors du chargement, ceci pour chaque grain. Nous vérifions alors que les bandes de glissement de type F1 et F2 correspondent à des bandes de glissement propres au réseau de la ferrite. Ainsi, les bandes de glissement de type F1 et F2 sont la marque d’une déformation propre de la ferrite, conclusion en concordance avec d’autres études [Fre06, Tai06].
Nous avons montré que les bandes de glissement de type A1 et A2 signifient un transfert de plasticité de l’austénite vers la ferrite. En effet, pour les aciers duplex, la capacité de la déformation plastique et donc des dislocations à être transférées d’un grain d’austénite à un grain de ferrite dépend de la compatibilité cristallographique entre les grains [Bug01, Tai06, Alv07]. La relation de Kurdjumov- Sachs (K-S) est souvent utilisée pour rendre compte de la compatibilité cristallographique de systèmes biphasés Cubique Centré (la ferrite - CC) et Cubique à Faces Centrées (l’austénite - CFC). On vérifie la coïncidence entre les systèmes de glissement de deux cristaux voisins à savoir que 110cc // 111cfc et que <111> cc //
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<011>cfc. Les deux systèmes coïncident et sont parallèles si la relation K-S est vérifiée (Figure 12). α γ α γ Relation K-S respectée Relation K-S non respectée α γ α γ Relation K-S respectée Relation K-S non respectée
Figure 12 : schéma de systèmes de glissement qui vérifient ou non la relation K-S
A partir des données EBSD de chaque grain (angles d’Euler), nous vérifions pour chaque paire de grains voisins austénite/ferrite la compatibilité cristallographique (angle entre les systèmes inférieurs à 10°).
On vérifie que si un grain de ferrite est plastiquement compatible avec un grain d’austénite voisin, qui est déformé, une bande de glissement dans l’austénite va se prolonger au niveau de la ferrite à travers l’interface entre les phases et une bande de glissement de type A1 ou A2 est alors formée. Si le grain de ferrite ne présente aucune compatibilité avec ses grains d’austénite voisins, alors des bandes de glissement de type F1 sont observées, signe d’une déformation plastique propre de la ferrite. Les bandes de glissement de type F2 et A1 sont observées dans le cas d’un transfert de plasticité de l’austénite vers la ferrite qui est limité à la zone proche de l’interface entre phases. Ces bandes peuvent être prolongées par une bande de glissement curviligne provoquée par une déformation propre de la ferrite (F2).
Au niveau de la phase ferritique, l’origine de la déformation plastique (propre à la ferrite ou assistée par la déformation de l’austénite) dépend de la compatibilité des grains de ferrite avec leurs grains d’austénite voisins et provoquent la formation de différents types de bandes de glissement.