FROTTEMENT INTÉRIEUR DE HAUTE TEMPÉRATURE D'UN MONOCRISTAL D'ALLIAGE DE CUIVRE-ALUMINIUM

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Submitted on 1 Jan 1983

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FROTTEMENT INTÉRIEUR DE HAUTE

TEMPÉRATURE D’UN MONOCRISTAL D’ALLIAGE DE CUIVRE-ALUMINIUM

A. Rivière, S. Belhas, J. Woirgard

To cite this version:

A. Rivière, S. Belhas, J. Woirgard. FROTTEMENT INTÉRIEUR DE HAUTE TEMPÉRATURE

D’UN MONOCRISTAL D’ALLIAGE DE CUIVRE-ALUMINIUM. Journal de Physique Colloques,

1983, 44 (C9), pp.C9-747-C9-750. �10.1051/jphyscol:19839113�. �jpa-00223348�

JOURNAL DE PHYSIQUE

Colloque C9, supplément au n012, Tome 44, décembre 1983 page C9-747

FROTTEMENT 1 NTÉRIEUR DE HAUTE TEMPÉRATURE D'UN MONOCRI STAL D'ALLIAGE DE CUIVRE-ALUMINIUM

A . Rivière, S . Belhas e t J. Woirgard

Laboratoire de Mécanique e t de Physique des Matériaux, ERA CNRS n Q 123, 86034 P o i t i e r s Cedex, France

Résud

-

Un monocristal cuivre

-

5,4% at. Aiminium a été étudié par frotte- m tintérieur isotherme à haute température (entre 300 et 1020 K) entre

10-~ et 10 Hz. Deux pics superposés à un fond continu expnentiel de basse fréquence ont été mis en évidence après r a i t à 1020 K. Leurs énergies d'ac- tivation ont été déduites du déplacement en fréquence en fonction de la teni- pérature

.

Abstract

-

An copper-5,4% at. alminum mnccrystal has been studied by means of high temperature isothermal internal friction experiments performed between 10-~ and 10 Hz, in the -rature range 300

-

^{1020 K. Tm internal}

friction peaks superimposed on an expnential l m frequency background have k e n observed after annealing at 1020 K. Activation energies are deduced frcin the position shifts as a function of the temperature.

Les solutions solides Cuivre-A2.uminium présentent une variation importante de l'é- nergie de faute d'empilement en fonction de la concentration (1-2). Une étude pré- liminaire (3) en frottement intérieur effectuée sur des échantillons polycristal- lins avec des teneurs ccanprises entre O et 13% atcanique d'alirminium a mntré la présence d'un important rriaximum à haute terature (0,75 T à 1 Hertz). L'énergie d'activation apparente déduite du déplacement en fréquence se ce roaxirmrm p u r dif- férentes terrrpératures de mesure a été txouvée variable de 2,15 à 2,46 eV selon les teneurs. Une expérience sur un monocristal de Cuivre a m t r é que ce maximum était en fait la samme de deux pics élémentaires, ce qui expliquerait sa grande largeur.

La décomposition très difficile sur les polycristaux devrait être facilitée sur les mnocristaux, par la présence d'un fond continu de basse fréquence beaucoup moins intense.

CONDITIONS EXPERlMENTALES

Cette étude a été effectuée avec un échantillon monocristallin avec une teneur en aluminim de 5,4% atomique, élakoré au Laboratoire de Métallurgie Physique de la Faculté des Sciences de Poitiers, à partir de Cuivre Johnson-Matthey de pureté no- minale 5N.

L'échantillon, se présentant,sous forme d'une lame de 40 x 5 x 1 mn, était orienté selon un axe <Ill> cormie l'ont montré des diagranmes de Laue en retour.

Le p d u l e utilisé était un pendule inversé travaillant en torsion en fonction de la fr-ence entre 1C et Hz ; le fonctionnenent d'un pendule du &me type a d6jà été décrit (4). Les amplitudes maximales de niesure E étaient cqrxses

M entre 5.10-~ et 10-~.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19839113

JOURNAL DE PHYSIQUE

Les premikes expériences à haute terature menées sur l'échantillon brut d'éla- boration n'ont pas permis la mise en évidence de pic de relaxation.

AprSs un écrouissage en flexion de 1 %, l'éprouvette a été amenéepclrpgliers de tem- pérature jusqu'à 1020 K. Les spectres de f r o t t m t intérieur mesurés au cours de chaque palier niettent en évidence (figure 1) l'apparition progressive d'un pic se superpsant à un fond continu de basse fréquence dont la forme évolue fortement avec la température de recuit.

L'influence des recuits à haute terature sur les çpectres de relaxation est il- lustrée sur la figure (2). Les deux courbes de cette figure représentent les résul- tats obtenus à une n&w température de mesure (920 K) après des recuits à cette température d'une part et à 1020 K d'autre part. On peut noter le changement de f o m du fond continu de basse fréquence, une forte augmentation du frottement in- térieur à myenne fréquence et une légère diminution à haute fréquence. L'action du recuit à 1020 K peut donc s'interpréter cornne faisant apparaître un pic situé vers 0,01 Hertz, tandis que la hauteur d'un pic de plus haute fréquence (0,16 herti) diminue.

Après le recuit à 1020 K I la température de l'échantillon a été abaissée progressi- vement par paliers. La structure était alors stable, et les mesures à différentes températures ont permis de déterminer assez précisénent les paramètres des pics de relaxation après soustraction du fond continu. Pour effectuer cette deCamposition, nous avons supposé que le fond continu évolue avec la fréquence suivant une loi en -n .L

,

ce qui a été souvent vérifié (5,6,7) sur différents métaux testés avec ce type

W

d'appareil. Dans ces conditions, en l'absence de pics, la figure représentant Log (Q-~) en fonction de log (N) doit être une droite. Dans le cas où un pic est présent, les pints situ& sur le fond continu de part et d'autre du pic doiventel

s'aligner. Il est alors possible après report du fond continu sur le diaqrame Q en fonction de log (N)

,

et par dif f érence avec la courbe expérimentale, d'obtenir les pics de relaxation.

La figure (3) est un exanpie d'une telle décomposition. Le résidu final pouvant se décamposer en deux pics élénwtaires de relaxation. Les résultats ainsi obtenus à

différentes terrp?ératures de mesure après le recuit à 1020 K sont indiqués figure ( 4 ) , où ont été regroupéglee positions en fréquence et température des deux pics observés.

Le tableau ci-dessous en donne les principales caractéristiques :

T f étant la température de fusion, H P l'énergie d'activation du pic et H l'énergie v d'autcdiffusion en volume.

A partir des résultats obtenus en fonction de la fréquence, il est possible de tra- cer à une fréquence donnée, l'évolution du frottement intérieur en fonction de la température. La figure (5) a ainsi été tracée à partir des mesures à 0,01 Hz avant

e t après le r e c u i t à 1020 K.

On retrouve l e s principaux r é s u l t a t s déjà d é c r i t s : diminution par recuit à 1020 K du p i c Pl s i t u é à 800 K e t apparition de P2 à 870 K. Le fond continu reporté sur c e t t e figure wrrespond aux valeurs déterminées à 0,01 Hz, selon l a m6thode précé- dente i l l u s t r é e sur l a figure 3 .

Il e s t à noter que l'obtention d'un pic marqué lorsgue l e spectre est d é c r i t à tem- pérature croissante e s t un a r t e f a c t dû en f a i t (cf. figure 1) à l ' é o l u t i o n du fond continu avec l a t a p é r a t u r e . Il e s t indispensable d'effectuer les essais de façon isotherme, en fonction de l a fréquence, p u r pouvoir i s o l e r l e s pics de relamtion proprement dits.

Sur l a figure (6) on peut constater qu'à une fr-ce de 1 Hz, proche des fréquen- ces u t i l i s é e s sur l e s pendules classiques, il n ' e s t pas possible de mettre en éviderr- c e les pics de relaxation précédents.

C e s essais vont être poursuivis sur une gamne 6tendue d'alliage, a f i n de mettre en évidence l'influence de l'énergie de faute d'empilement sur l a x o b i l i t é des dislo- cations e t , ainsi, de préciser l a part p r i s e par l a mntée dans l e s processus de déformation.

1)

-

^{N. J. Christian and P.R. Swann (1965)}

.

Ailoying Behaviour and Effectç i n Concen- trated Solid Solutions

-

edited by. T.B. Massalski (London) p. 105.

2)

-

^P.C.J. Gallacher (1970) Metall. Trans. 1, 2429.

3)

-

R.J. W r i a u d , J. Woimard, - . M. Gerland and A. Rivière (1981) Phil. Mag. A 43, 363.

4)

-

^{J. Woirgard, Y.} Sarrazin and H. C h a r n t (1977) Rev, Scient. Instnrm. 48, 1322.

5)

-

^J. Woirgard (1976) Il Muovo Cimenia 33B, 424.

6)

-

^J. Wokgard and J. de Fouquet (1977)

-

^{Proc. VI* ICIEUAS}

-

^{T o m , 743.}

7)

-

^M. Gerland (1979) Thèse 3 h cycle.

4.d. @~oc.oc. ^.

_TM=920K ^I Recuit x920K

-

+1020K

200

150

1 O0 100-

5 0

-4

-3

-2

-1 O

~ w N

Figure 1

-

Frottement intérieur mesuré à Figure 2

-

Frottement intérieur mesuré différentes ten@ratures de recuit après 2 920 K après r e c u i t à 920 K e t après écrouissage en flexion de 1%. recuit à 1020 K.

C9-750 3 0 U R N A L DE PHYSIQUE

Figure 3

-

Frottement intérieur mesuré Figure 4

-

Position des pics en fr-e à 920 K. Mise en évidence des pics des ce e t tapérature.

relaxation.

Figure 5

-

^Figure 6

-

Frottement intérieur en fonction de l a tar&rature avant e t après recuit à 1020 K.