Littérature scientifique sur le sujet « Plasticité induite par la transformation (TRIP) »

Les différents travaux de recherche menés dans le cadre de la présente thèse, ont pour objectifs de :(i) comprendre les mécanismes et phénomènes prenant part dans la plasticité des aciers en présence d'une transformation de phases diffusive ou martensitique. (ii) développer des outils de prédiction de TRIP capables d'une part de reproduire correctement cette déformation macroscopique pour des cas de chargements complexes et d'autre part de nous offrir des enseignements sur les interactions élasto-visco-plastiques locales entre phase naissante et phase parente. Pour ce faire, de nouvelles campagnes d'essais TRIP à chargements uni- et bi-axiaux constants ou variables ont été menées sur l'acier 35NCD16 pour une transformation austénitemartensite et l'acier 100C6 pour une transformation austénite-perlite. En complément, des essais de traction-compression et relaxation ont été réalisés pour caractériser les propriétés élastoviscoplastique ssur chacune des 2 phases de l'acier 100C6...

Les aciers inoxydables duplex présentent une combinaison intéressante entre des propriétés mécaniques élevées, une faible conductivité thermique et un coût relativement faible. Ils sont couramment employés dans le domaine du bâtiment comme rond à béton, application qui requière notamment une résistance élevée (Rm > 950 MPa) et une ductilité importante (A% > 15). Cette thèse a pour objectif d’améliorer le compromis résistance / allongement, en développant de nouvelles nuances duplex présentant une transformation martensitique induite par la plasticité (effet TRIP) aux caractéristiques contrôlées. L’optimisation de ce compromis a nécessité en particulier une compréhension détaillée des mécanismes de transformation et de déformation plastique associés à chaque phase : la ferrite (BCC), l’austénite (FCC) et la martensite (BCC).L’influence de la transformation martensitique sur le comportement mécanique est étudiée pour quatre alliages duplex de stabilité variable de la phase austénitique en fonction de leur composition chimique. L’influence d’une microstructure multiphasée sur la cinétique de transformation est déterminée grâce à l’élaboration de trois nuances modèles représentant respectivement une nuance duplex et es deux compositions représentatives de ses constituants austénite et ferrite. L’utilisation de plusieurs techniques de caractérisation à différentes échelles a permis de décrire à la fois les mécanismes de transformation de phase et leur cinétique en fonction de la déformation, donnant ainsi accès à leur influence sur le comportement mécanique. L’étude des champs cinématiques a mis en évidence l’impact de la phase martensitique sur la répartition des déformations dans la microstructure multi-phasée. Finalement l’utilisation d’un modèle mécanique prenant en compte explicitement la transformation martensitique a permis de reproduire le comportement mécanique d’un alliage duplex
Duplex stainless steels offer an attractive combination of high mechanical properties, low thermalconductivity and a relatively low cost. They are increasingly used as structural materials such as inthe construction sector as concrete reinforcement bars, where both high strength (Rm > 900 MPa)and high elongation to failure (A% > 15 %) are required. This thesis aims at improving the strength/ elongation compromise by developing new duplex stainless steel compositions experiencing a wellcontrolledmartensitic transformation induced by plasticity (TRIP effect). The optimisation of thiscompromise has required a good understanding of the transformation mechanisms and of plasticdeformation associated with each phase : ferrite (BCC), austenite (FCC) and martensite (BCC).The influence of martensitic transformation on mechanical behavior has been studied in four duplexgrades of variable austenite stability as a function of their chemical composition. The influence ofmultiphase microstructure on martensitic transformation kinetics has been determined by makingthree alloys respectively representative of a duplex grade and its two constituents (austenite andferrite). Using multiple characterization techniques at different scales has allowed determiningboth the transformation mechanisms and its kinetics as a function of strain, giving thus accessto the influence of transformation on the mechanical behavior. The study of kinematic fields hashighlighted the impact of the martensitic phase on the distribution of deformations. Finally, theuse of a mechanical model taking explicitly into account the phase transformation has allowed theduplication of the mechanical behavior of a duplex stainless steel

Ce travail a été réalisé dans le but d'apporter une contribution à l'étude de la plasticité induite par transformation (TRIP) à travers des analyses expérimentales et numériques. Pour ce faire, du point de vue expérimental, un programme expérimental original sur l'acier 35NCD16 observant les comportements des transformations austénite → martensite est réalisé sous différentes conditions de chargement. Les résultats indiquent que : (i) le TRIP n'a pas d'effet mémoire significatif, (ii) le matériau peut présenter une récupération de l'écrouissage pendant la transformation martensite → austénite, (iii) une dissymétrie entre les réponses du TRIP en tension et en compression a été observée, (iv) l'existence d'une contre-contrainte du TRIP a été révélée, (v) la quantité de TRIP final peut être considérée comme proportionnelle à la norme de la contrainte appliquée tant que cette dernière ne dépasse pas la limite d'élasticité, et (vi) une légère orientation physique a toutefois été observée lors de l'analyse microstructurale de notre matériau, ce qui pourrait suggérer une faible contribution du mécanisme de Magee dans le TRIP. Quant au côté numérique, les capacités prédictives du modèle Leblond – Taleb – Sidoroff (LTS) et de sa version actualisée (U – LTS) sont mises à l'épreuve en simulant les essais expérimentaux réalisés dans le cadre de cette étude. Nos résultats montrent que (i) le modèle LTS surestime les résultats expérimentaux, (ii) le modèle LTS ne parvient pas à décrire la dissymétrie entre les réponses TRIP en tension et en compression, (iii) en utilisant le modèle U – LTS, les résultats comparatifs montrent d'excellentes capacités à simuler la base de données expérimentale réalisée dans ce travail, en particulier par rapport au modèle LTS. Bien que nos résultats expérimentaux aient montré des résultats significatifs, en particulier lorsqu'ils sont comparés aux modèles observés dans notre étude, il est recommandé de poursuivre les recherches en prenant en compte d'autres aciers et d'autres transformations
This thesis has been created with the objective of providing a contribution to the study of transformation induced plasticity (TRIP) via experimental and numerical analyses. To do so, from the experimental point of view, an original experimental program on 35NCD16 steel observing the behaviors of austenite → martensite transformations were performed under different loading conditions. The results indicate that: (i) TRIP does not hold any significant memory effect, (ii) the material may present recovery from strain hardening during the martensite → austenite transformation, (iii) a dissymmetry between the TRIP responses under tension and compression were observed, (iv) the existence of TRIP backstress was revealed, (v) the amount of final TRIP may be considered proportional to the norm of the applied stress as long as the latter does not exceed the yield stress, and (vi) a slight physical orientation has however been observed when carrying out microstructural analyses on our material, which could suggest a small contribution of the Magee mechanism in TRIP. As for the numerical side, the predictive capabilities of the Leblond – Taleb – Sidoroff (LTS) model, and its updated version (U – LTS) are put to the test by simulating the experimental tests performed for this study. Our results show that: (i) the LTS model overestimates the experimental results, (ii) the LTS model fails in describing the dissymmetry between the TRIP responses under tension and compression, (iii) when using the U – LTS model, the comparative results show excellent capabilities in simulating the experimental data base performed in this work, especially compared to the LTS model. While our experimental results showed significant results, especially when put up against to the models observed in our study, further research considering other steels and other transformations is recommended

Cette thèse caractérise un acier Moyen Mn à 0.2C-5Mn-2.5Al qui montre un écrouissage très fort au cours de la déformation plastique dû à l’effet TRIP. Pendant TRIP, l’austénite résiduelle paramagnétique se transforme en martensite ferromagnétique sous déformation plastique, ce qui conduit à un fort écrouissage. Le taux de cet écrouissage dépend des paramètres de fabrication et surtout la température de recuit intercritique. Ces aciers ont aussi des fois le tendance de se déformer de façon hétérogène par des bandes de Lüders ou PLC.Dans cette thèse, une méthode de caractérisation de la cinétique de transformation de phase est développée sur la base des mesures de l’aimantation saturée de l’acier. La méthode magnétique est unique dans son implémentation in-situ sans aucun effet sur l’essai de traction. Une correction pour les effets de la contrainte appliquée sur l’aimantation est aussi introduite pour la première fois avec une base physique. Les résultats des mesures magnétiques ont été comparés contre des caractérisations des bandes de déformation pour montrer que la transformation de phase coïncide avec le passage des bandes de déformation. La sensibilité à la vitesse de déformation est analysée et une caractérisation de la présence et type de bande PLC est présentée en fonction de la cinétique de transformation de phase
This thesis studies the mechanical behavior of a 0.2C-5Mn-2.5Al Medium Mn steel that exhibits a very high degree of work hardening due to transformation-induced plasticity (TRIP) during plastic deformation. During TRIP, paramagnetic retained austenite is transformed to ferromagnetic martensite with the application of plastic strain and generates a significant amount of work hardening. The rate of work hardening is seen to vary greatly depending on processing parameters—notably the intercritical annealing temperature. These steels also often deform heterogeneously through the propagation of Lüders or PLC strain bands.This research develops a method to characterize the kinetics of the TRIP effect through measurements of the samples magnetic properties. The method is novel in that it is performed in-situ with no effect on the tensile test and is able to correct for the effects of the applied stress on the magnetic properties. The results of these experiments were compared to characterizations of the strain bands to demonstrate that TRIP coincides with the passage of a Lüders or PLC band. The strain rate sensitivity of the steels is analyzed and the presence and type of PLC bands are characterized with respect to the transformation kinetics

Au cours de processus thermomécaniques engendrant une transformation de phase dans les aciers, une déformation plastique importante peut se produire sous l’effet d’une contrainte appliquée, même si celle-ci est plus faible que la limite d’élasticité de la phase la plus molle. Ce phénomène s’appelle plasticité de transformation ou TRansformation Induced Plasticity (TRIP), et peut jouer un rôle important sur le contrôle des procédés de transformation industriels. Par exemple, au cours du refroidissement par trempe de produits semi-finis ou finis (plaques, tôles, roues, ...), ce phénomène peut affecter la planéité des produits plats et engendrer des contraintes résiduelles qui vont affecter la qualité finale de produits finis. Il s’avère donc important de prévoir cette plasticité de transformation induite par un chargement thermomécanique donné. Dans cette thèse, un modèle micromécanique de plasticité cristalline avec transformation de phase a été développé. Il s’appuie sur l’utilisation de la transformée de Fourier rapide (TFR) développée pour des milieux périodiques. L’expansion volumique induite par une transformation de phase de type diffusive (« Greewood-Johnson effet ») est prise en compte dans le modèle afin d’estimer la plasticité de transformation et le comportement mécanique pendant la transformation de phase. Les résultats obtenus par TFR ont confirmé l’existence d’une relation linéaire entre contrainte appliquée et déformation plastique induite par la transformation, lorsque la contrainte appliquée faible (c’est-à-dire inférieure à la moitié de la limite d’élasticité de la phase la plus molle). Lorsque la contrainte appliquée est plus élevée, le modèle prévoit que cette relation linéaire n’est plus valable, même si la déformation plastique de transformation augmente toujours avec la contrainte ; ceci est bon accord avec des observations expérimentales. L’interaction entre paramètres microstructuraux (tels que texture, morphologie et taille de grains, ...) et mécaniques (contrainte de rappel, sensibilité à la vitesse de déformation, ...) a été analysée. Il a été montré que tous ces paramètres doivent être pris en compte dans l’estimation de la plasticité de transformation. L’effet de l’écrouissage cinématique de la phase mère sur l’anisotropie de déformation induite a égalament été discuté. Par ailleurs, les résultats numériques obtenus par TFR ont été comparés à des résultats issus de modèles analytiques existants et à des mesures expérimentales. Compte tenu du bon accord entre résultats numériques et expérimentaux, les résultats obtenus par TFR ont servi référence pour améliorer les modèles analytiques existants ; ces nouveaux modèles simplifiés s’avèrent plus précis que ceux proposés auparavant
During phase transformation in steels, when stress is applied, significant large strain can be observed even though the applied stress is much smaller than the yield stress of the softest phase. The phenomenon is called Transformation Plasticity or TRansformation Induced Plasticity (TRIP). Transformation plasticity is known to play an important role during steel producing processes. For example, during quenching process of plates, sheets, wheels and gear products, the phenomenon affects their shape and residual stresses which determines the quality of products. In this PhD thesis, a micromechanical model of crystal plasticity with phase transformation is developed. It takes advantage of the fast Fourier transform (FFT) numerical scheme for periodic media. Volume expansion along with phase transformation (Greenwood-Johnson effect) is taken into account in the model in order to evaluate the transformation plasticity and mechanical behaviour during phase transformation. The FFT results confirm linear relation between applied stress and transformation plastic strain, if the applied stress does not exceed a half the value of yield stress of the parent phase. For relatively large applied stresses, transformation plastic strain increases nonlinearly with respect to the applied stress. These results agree well with experimental ones. The metallurgical and mechanical interactions during phase transformation are also analysed, such as texture, grain morphology, grain size, back stress effect and viscoplastic deformation effect. It is shown that they cannot be neglected for estimating transformation plasticity. Among others, the role of kinematic hardening of the parent phase on the resulting strain anisotropy is discussed. Finally, the FFT numerical results have been compared with existing analytical models as well as experimental results. Moreover, these FFT computations have been used as references to develop new approximate analytical models. They are shown to improve on previous proposals. These new models were confirmed that they estimate well the transformation plasticity than other analytical models which have been treated in this PhD thesis

Cette étude, inscrite dans le Programme National de Recherche NOREV (Nouveaux REfractaires Verriers), porte sur la simulation numérique par éléments finis du refroidissement post-coulée de réfractaires électrofondus à très haute teneur en zircone (THTZ). Un modèle numérique thermique du refroidissement d'une dalle a été développé, à partir de mesures thermiques réalisées dans un moule lors d'une coulée en usine. Ce calcul a permis de situer dans le temps, pour les différents points de la dalle, les phénomènes intervenant au cours du refroidissement : solidification, fluage et transformation de la zircone. Des essais mécaniques isothermes et anisothermes ont permis de définir les équations constitutives du comportement en fluage (écrouissage isotrope) et lors de la transformation de phase de la zircone (modèle de plasticité de transformation de Leblond). A partir des chargements thermiques, les contraintes générées au cours du refroidissement ont été calculées, ainsi que les contraintes résiduelles après retour à température ambiante. La transformation de phase de la zircone, qui induit un gonflement volumique de 4%, semble s'avérer être le phénomène physique le plus critique pour ces deux types de contraintes. Les études paramétriques réalisées ont prouvé l'intérêt du modèle numérique en tant qu'outil d'aide à l'amélioration du procédé en jouant sur les propriétés de divers paramètres : propriétés du matériau coulé, géométrie du moule, propriétés de ses constituants,...