INTÉRÊT DES MESURES DE FROTTEMENT INTÉRIEUR DANS L'ÉTUDE DES STRUCTURES FORTEMENT DÉFORMÉES

(1)

HAL Id: jpa-00223390

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00223390

Submitted on 1 Jan 1983

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

INTÉRÊT DES MESURES DE FROTTEMENT INTÉRIEUR DANS L’ÉTUDE DES STRUCTURES

FORTEMENT DÉFORMÉES

G. Spagnol, G. Bouquet

To cite this version:

G. Spagnol, G. Bouquet. INTÉRÊT DES MESURES DE FROTTEMENT INTÉRIEUR DANS

L’ÉTUDE DES STRUCTURES FORTEMENT DÉFORMÉES. Journal de Physique Colloques, 1983,

44 (C9), pp.C9-307-C9-311. �10.1051/jphyscol:1983943�. �jpa-00223390�

(2)

Colloque C9, supplément au n012, Tome 44, décembre 1983 page C9-307

G. Spagnol et G. Bouquet

Laboratoire de ~ 6 t a Z Z u r g i e ~ t m c t u r a Z e E.N.S.C.P.-C.E.C.M.

E.N.S.C.P., 11 rue Pierre e t Marie Curie, 7 5 2 3 2 Paris Cedex 0 5 , France C . E . C.M., 1 5 rue Georges Urbain, 94400 Vitry-sur-Seine, France

Résumé

-

Pour un alliage Cu-IO % Ni, l'évolution des caractéristiques méca- niques relatives aux structures hautement déformées a été suivie à l'aide d' essais de traction. Les résultats observés ont été expliqués sur la base des réarrangements structuraux précisés par mesures de frottement intérieur et confirmés par une étude du processus de recristallisation.

Abstract

-

The mechanical characteristics of a Cu-IO % Ni alloy were studied as related to various structural States developped after heavy cold-working.

These structural changes were precised by interna1 friction measurements them- selves supported by the study of the recrystallization process.

1

-

INTRODUCTION

Le cuivre et certains de ses alliages, susceptibles de supporter de très fortes dé- formations à froid, sont des matériaux de choix pour l'étude des propriétés des états structuraux résultant de forts écrouissages. Notamment pour un alliage Cu-lO%Ni, après de fortes déformations par laminage, les propriétés mécaniques de ce matériau ont fait l'objet de l'étude de Nuttall etNutting I I / . Ces auteurs invoquent l'inter- vention d'un processus de restauration dynamique au delà d'un certain taux de défor- mation. Un tel phénomène impliquant une redistribution des dislocations d'écrouissage et une modification de leur mobilité, des mesures de frottement intérieur semblaient appropriées pour suivre une telle évolution /2//3/. En conséquence sur un alliage Cu-IO%Ni que nous avons déformé par tréfilage, nous avons suivi en parallèle les variations des caractéristiques mécaniques macroscopiques (limite élastique E, charge de rupture R), de l'amortissement interne

9-1

et de la recristallisation en fonction du taux de déformation. Le tréfilage a été choisi pour l'obtention de taux de défor- mation supérieurs à ceux résultant d'un laminage. Cette mise en forme a été effectuée en deux temps, un premier tréfilage jusqu'à un diamètre de 16 mm, à ce stade le maté- riau subit un recuit à 750°C suivi d'un second tréfilage à froid jusqu'à un diamètre final de 0,5 m . Au cours de ce deuxième traitement mécanique divers échantillonsont été prélevés, correspondant aux déformation reportées dans le tableau suivant.

Tableau 1 - Correspondance entre les différents degrés de déformation.

Diamètre % Réduction Déformation Diamètre Réduction Déformation

du fil vraie du fil vraie

d (mm) D2-d2 x 100 E = L~~

-

~2 ^d^(mm) ^~2 d2 D2-d2 x 100 E = Log

7 D2 7

d

16 O O 4 94 2,77

13 34 0,42 395 95 3,04

1 O 6 1 0,94 3 9 6 3.35

8 75 1,39 295 9 8 3,71

6 86 1,96 2 9 8 , 4 4,16

5 90 2,33 195 99,I 4,73

4,5 9 2 2,54 1 99,6 5,55

D: diamètre i n i t i a 2 - d : diamètre f i n a l 0 , 5 99,9 6,93

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1983943

(3)

C9-308 JOURNAL DE PHYSIQUE

II

-

CARACTERISTIQUES MECANIQUES

La variation des caractéristiques mécaniques E et R en fonction du taux de déforma- tion est représentée sur la figure 1 . l i a m i l r r

1 6 1 3 1 0 8 6 5 4 3 2 1 @(am)

1 2 3 4 5

Fig. 1

-

Evolution de la limite d'élasticité E (---) et de la charge de rupture (-.-*-.-)en fonction de la déformation vraie E = Log

& .

d2

Il apparaît nettement, sur ces courbes, qu'au-delà d'un taux de réduction de 90 % (diamètre 5 mm), les valeurs obtenues oscillent entre deux niveaux. Ce domaine de valeurs instables prend fin pour des taux de réduction situés au-delà de 98,5 %

(diamètre 2 mm). Ces valeurs oscillantes peuvent être expliquées soit par une disper- sion expérimentale, soit par un comportement réellement instable du matériau. La première hypothèse doit être éliminée à cause de la reproductibilité du phénomène.

Concernant l'instabilité structurale du matériau, qui est la seconde hypothèse, nous avons tenté de préciser par mesures d'amortissement interne, l'évolution de cette structure sous l'effet des taux d'écrouissage croissants.

III

-

FROTTEMENT INTERIEUR

Sur la figure 2 nous avons reporté les valeurs du frottement intérieur en fonction de la déformation vraie : Q - I ' = f ( ~ ) , pour les échantillons étudiés précédemment.

Ces mesures, effectuées à l'ambiante sur un pendule de torsion inversé, oscillant à la fréquence de 1 Hz, montrent des variations également oscillantes de Q-1 et en sens opposé à celles que l'on a observéespour la caractéristique E.

Fig. 2

-

^A.

B.

Evolution, à température ambiante, de l'amortissement interne tion de la déformation exprimée par le rapport E = Log ~ 2 / d 2

@me évolution mais 9-1 étant mesuré à 140°C.

f onc-

(4)

Si l'on étudie l'effet de la température sur l'amortissement interne des éprouvettes dans un domaine de températures 25-400°c, les résultats reportés sur la figure 3 montrent une distinction sans ambiguité entre deux catégories d'échantillon, chaque catégorie étant caractérisée par un niveau d'amortissement interne moyen.

6-

5 .

/

4

8

^{/ L I}

,.? ; f l

2 .

: 1;

; ,,,'

'

^.I'

,.:f, ,,, [!..,'

...;/ ,/

. , ,

,

Amplitude de

1,

--..

s,2/),,* -,S. déformation

..g+

.

%

--

^-.-^'

cq

⁼^{1 0 - ~}

Fig. 3

-

Evolution du frottement intérieur des différentes éprouvettes en fonction de la température :

échantillons : a b c d e f g h i

E : 5,55 4,73 4,16 3,35 3 3 1 3,04 2,77 2,33 1,96 C'est ainsi que l'on trouve d'une part des échantillons dont le frottement intérieur est proche de celui de l'échantillon le plus déformé et d'autre part une famille d' éprouvettes dont l'amortissement interne est proche de l'éprouvette la moinsdéformée.

Il apparaît,en outre,que certains échantillons se répartissent entre ces deux caté- gories, indépendamment de la valeur de leur propre déformation. C'est ainsi que les valeurs de l'amortissement interne mesurées à 140'~ et reportées sur la figure 2 B font apparaître un comportement anormal pour les éprouvettes de déformations vraies respectives E = 3,35 et & = 3,71. L'éprouvette la plus déformée a une valeur de Q-I proche de celle de l'éprouvette la moins déformée et inversement.

Les évidentes variations de structure détectées par mesures d'amortissement interne, dans un domaine de températures correspondant à la restauration du matériau, nous ont incités à étudier leur répercussion sur le processus de recristallisation inter- venant au-delà de 400'~.

IV

-

ETUDE DE LA RECRISTALLISATION

L'état de recristallisation des différentes éprouvettes a été déterminé à trois tem- pératures : 500, 600 et 700'~. Ce phénomène a été étudié par examen métallographique sur la section longitudinale des éprouvettes.

Cette étude a permis de distinguer, à nouveau, deux classes d'échantillons comme l'a- vaient définis les mesures de frottement intérieur en température. On trouve ainsi une répartition d'échantillons en deux groupes présentant des tailles de grains

(5)

C9-310 JOURNAL DE PHYSIQUE

différentes comme le montre la figure 4. De même que dans le cas des mesures d'amortissement interne, on note à nouveau une anomalie de comportement pour les éprouvet- tes de déformation vraies respectives E = 3,35 et E = 3 , 7 1 . L'éprouvette la plus déformée a les grains les plus gros et inversement pour la moins déformée.

Fig. 4 - Diamètre moyen des grains de recristallisation des éprouvettes en fonction de la déformation mesurée par le diamètre final des éprouvettes.

V - DISCUSSION DES RESULTATS

Si l'on considère les résultats de la figure 1 , il semblerait que les courbes

E,R = f(&) fassent apparaître trois stades : un stade 1 où le durcissement estpseudo parabolique (entre & = O et E = 2 , 3 3 ) et identique à celui observé par Nutting et Nuttal1,un stade II où le durcissement est instable (E = 2 , 3 3 à 6 = 4 , 1 6 ) et enfin un stade III où le durcissement semble linéaire (E > 4 , 1 6 ) .

Les mesures d'amortissement interne ont permis de confirmer l'instabilité de structure correspondant au stade II. Notamment à une limite élastique élevée correspond iin amortissement interne faible et inversement. Dans une structure déformée, à un frottement intérieur faible, mesuré à température ambiante, peut être associé un an- crage des dislocations, ce qui corroborerait l'élévation de la limite élastique ma- croscopique pour le désancrage. Les valeurs instables de E et Q-1 sont alors expli- cables soit par des ancrages-désancrages de dislocations, soit par une modification de la densité de dislocations. Quelle que soit l'hypothèse retenue, au cours de ce stade II, les instabilités structurales résulteraient d'une modification du réseau des dislocations d'écrouissage en relation avec un phénomène de restauration ou même de recristallisation dynamique.

Les mesures d'amortissement interne, en température, montrent que deux familles d'é- chantillons se distinguent pour l'évolution de leur réseau de dislocations. Ainsi la première famille (échantillons les moins déformés) se caractérise par un amortissement intérieur qui évolue très rapidement dès 1 0 0 " ~ . Ceci laisse supposer que la première classe d'échantillons possède un réseau de dislocations partiellement res- tauré, alors que pour les échantillons de la deuxième classe un important taux de restauration intervient dès les plus faibles températures.

Ces résultats sont confirmés par l'étude du phénomène de recristallisation où chaque classe d'échantillons recristallise avec une taille de grain qui lui est spécifique et qui résulte d'un état soit écroui, soit restauré.

Il est un point supplémentaire intéressant à noter, c'est la discontinuité observée pour les deux familles d'échantillons, tant dans les valeurs des mesures d'amortissement interne que dans les tailles des grains de recristallisation.

(6)

tion. Cette hypothèse résulte de l'observation d'une morphologie granulaire diffé- rente entre les éprouvettes de comportement anormal qui délimitent la discontinuité observée dans les mesures d'amortissement interne. Comme le montre la micrographie de la figure 5, l'éprouvette de déformation vraie E = 3,71 présente des grains dont la plus grande dimension est perpendiculaire à la direction du tréfilage contraire- ment à ce qui se passe pour les autres éprouvettes. Le changement de texture de dé- formation impliquerait alors une reprise de l'écrouissage du matériau et le stadeIII traduirait cette évolution.

Fig. 5

-

Morphologie des grains de recristallisation pour les deux éprouvettes de comportement anormal : a( =3,71), b( =3,35). Les stries parallèles sont dues au phénomène de "coring".

Ce changement de texture pourrait lui-même résulter d'une modification de la vitesse de déplacement des dislocations (4) au cours des écrouissages croissants.

VI

-

BIBLIOGRAPHIE

(1) NUTTALL J., NUTTING J., Mgta1 Science Sept. (1978) 430.

(2) GRANATO A., HIKATA A., LUCKE K., Acta Met. 6 (1958) 470.

(3) ISORE A., BENOIT W., Mém. Sc. Rev. ~ é t .

9

⁽¹⁹⁷²⁾ ²²³

(4) KORBEL A, Scripta Met., - 8 (1974) 609