Letteratura scientifica selezionata sul tema "Hyperdéformations"

L'hyperdéformation est une technique efficace pour transformer la microstructure des métaux en une structure de grain de taille inférieure au micron ou même en nanostructure (<100 nm). Cette très petite taille de grain confère d'excellentes propriétés mécaniques au matériau. Dans ce travail de thèse, deux techniques d'hyperdéformation récemment développées, appelées High Pressure Tube Twisting (HPTT) and Cyclic Expansion and Extrusion (CEE) ont été appliquées à température ambiante sur différents matériaux métalliques. La fragmentation de la microstructure ainsi que le développement de la texture cristallographique ont été analysés en détails par la diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD), par microscopie électronique en transmission (TEM), par transmission Kikuchi diffraction (TKD) ainsi que par diffraction des rayons X (XRD). Le gradient de déformation de cisaillement dans l'épaisseur des tubes d'aluminium déformés par HPTT a été déterminé par une méthode de mesure locale du cisaillement. Ce gradient de cisaillement induit une hétérogénéité aussi bien de microstructure que de texture dans les échantillons d'aluminium et de magnésium purs ainsi que dans l'alliage Al-4%Mg en solution solide. La micro-dureté et la taille de grain dans différentes zones ont été mesurées et analysées en fonction du taux cisaillement local. Les tailles de grain limites atteintes de façon stationnaire pour ces différents matériaux produit par HPTT sont respectivement de 700 nm, 900 nm et 100 nm. L'évolution de texture du magnésium pur après HPTT jusqu'à un cisaillement de 16 a été simulée par cisaillement simple par le model auto-cohérent (VPSC), le résultat de simulation a montré de bons accords avec les mesures de texture obtenues par XRD. Sur la base des mesures de distribution de désorientation dans l'aluminium déformé par HPTT, une nouvelle technique de détermination du taux de cisaillement local dans les procédés d'hyper déformation a été proposée. Cette nouvelle technique a été appliquée sur deux échantillons d'aluminium produit par twist extrusion (TE) et par torsion à extrémités libres. Les échantillons d'aluminium et de cuivre ont été déformés intensément par CEE. Les évolutions de texture et de microstructures ont été mesurées par EBSD, montrant un gradient du centre à la périphérie des échantillons cylindriques. L'évolution de texture dans le cuivre déformé par CEE a été simulée par le modèle VPSC en utilisant un modèle de ligne de courant pour décrire la déformation dans le procédé. Les résultats de simulation confirment les caractéristiques de la texture expérimentale observées après CEE. Le comportement en traction du cuivre pré-déformé par grande déformation en torsion a ensuite été testé. En dépit du gradient de cisaillement existant dans la barre, une technique a été proposée pour obtenir la courbe contrainte-déformation pour ce type de matériau
Severe plastic deformation (SPD) is an efficient technique to transform the microstructure of bulk metals into ultra fine grained structure with grain sizes less than 1 µm or even into nanostructure with nano-grains of less than 100 nm in diameter. The very small grain size attributes excellent mechanical properties to the material. In present thesis work, two recently developed SPD techniques, namely, High Pressure Tube Twisting (HPTT) and Cyclic Expansion and Extrusion (CEE) were performed on different metallic materials at room temperature. Details of fragmentation of microstructure and metallographic texture evolution were investigated by electron backscattered diffraction (EBSD), transmission electron microscopy (TEM), transmission kikuchi diffraction (TKD) and X-ray diffraction (XRD). Shear strain gradient across the thickness of the HPTT deformed Al tube sample was found by a local shear measurement method. This shear strain gradient induced the inhomogeneity of microstructure and texture in HPTT deformed pure Al, solid solution alloy Al-4%Mg and pure Mg. The microhardness and average grain size in different zones as a function of shear strain were measured. The limiting steady grain sizes in the steady state for these different materials produced by HPTT were 700 nm, 100 nm and 900 nm, respectively. The texture evolution of pure Mg in HPTT up to a shear strain of 16 was simulated in simple shear using the self-consistent (VPSC) polycrystal model and showed good agreements with the experimental results measured by XRD. Based on the measured disorientation distribution function in HPTT deformed Al, a new technique for the magnitude of local shear strain in SPD was proposed. This new technique was applied to a protrusion produced in twist extrusion (TE) and to an Al sample deformed in free-end torsion. Cu and pure Al samples were intensively deformed by the CEE SPD technique. The microstructure and texture evolutions were measured by EBSD, showing a gradient from the center-zone to the edge part of the rod sample. The texture evolution of CEE deformed Cu was simulated by the VPSC polycrystal model using a flow line function. The simulation results confirmed the experimental texture features observed in the CEE process. The tensile testing behavior of large strain torsion pre-processed Cu was examined. In spite of the shear strain gradient existing in the bar, a technique was proposed to obtain the tensile stress-strain curve of such gradient material

Depuis leur découverte et à travers une multitude de procédés de mise en forme on sait exploiter la capacité des métaux à se déformer de façon irréversible. Il est néanmoins intéressant de noter que vers la fin du vingtième siècle, un engouement tout particulier pour les déformations intenses est apparu au sein d'une partie de la communauté scientifique. C'est d'abord la production de nouveaux matériaux par les techniques de broyage de poudres. Bien entendu il s'agissait aussi de comprendre les mécanismes physiques conduisant aux systèmes hors équilibres ainsi obtenus (nanocristaux, solution solides supersaturées, amorphisation, ...). Puis, un peu plus tard, au début des années 90, les hyperdéformations d'alliages métalliques massifs ont connus un intérêt croissant, poussées par des perspectives de production de matériaux nanostructurés. Au-delà de l'intérêt purement scientifique, nombre de chercheurs y ont vu, et y voient encore, la possibilité d'obtenir à grande échelle et à moindre coût des matériaux à très haute résistance mécanique. C'est ainsi que le terme « Severe Plastic Deformation (SPD) » fut introduit. Il fait partie de ces expressions construites de façon peu rigoureuse en associant un concept parfaitement clair (plastic deformation) à un terme vague et subjectif (severe), et à ce titre il peut tout à fait être comparé au bien connu HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscopy). En fait, il est classiquement associé aux procédés spécifiquement développés pour la production de nanostructures grâce à des taux de déformation bien supérieur à 100% sans que les dimensions macroscopiques des pièces traitées ne soient affectées de manière significative. Ces taux de déformation sont généralement appliqués à des températures modérées où les phénomènes de restauration et de recristallisation sont restreints, l'endommagement étant quant à lui limité grâce aux fortes contraintes hydrostatiques mises en jeu. Ces procédés spécifiques, les mécanismes de nanostructuration, et plus particulièrement le cas des matériaux multiphasés et des structures hors équilibre ainsi obtenues sont passées en revue dans la première partie de ce mémoire. Le travail présenté ensuite porte sur l'étude de l'évolution des microstructures dans différents alliages métalliques hyperdéformés. Ce travail a été initié au cours de ma thèse sur deux types de nanocomposites (perlites tréfilées et composite filamentaire Cu/Nb). Ces matériaux sont produits par tréfilage intense, et les fortes déformations portent très loin de leur équilibre les microstructures, en accroissant de manière importante la proportion d'interfaces, la densité de dislocations et le niveau de contraintes internes. Une force motrice suffisante est ainsi parfois atteinte pour dissoudre les carbures (perlite tréfilée) ou amorphiser localement la structure (composite Cu/Nb). Sur la base de ce travail, et pour clarifier les mécanismes physiques particuliers opérant dans ce type de composites filamentaires, différentes études sur des matériaux modèles ou industriels ont été entreprises et sont présentées dans la seconde partie de ce mémoire. Il s'agissait d'une part pour les perlites tréfilées : (i) d'identifier le rôle des éléments d'alliages (Si, Mn et Cr) dans la décomposition de la cémentite ; (ii) d'étudier l'influence de la forme des carbures sur leur stabilité ; (iii) d'identifier les mécanismes de vieillissement responsable d'une modification notable du comportement mécanique. D'autre part, pour les nanocomposites de type Cu/X, il s'agissait d'étudier un système pour lequel le champ d'évaporation de la matrice (Cu) et du renfort (V) étaient similaires afin de s'affranchir des effets de grandissements locaux pouvant affecter les gradients de concentrations dans les volumes reconstruits issus des données de sonde atomique. La troisième partie de ce mémoire porte sur l'étude du système modèle Cu-Fe hyperdéformé par torsion sous pression intense afin d'étudier les mécanismes physiques conduisant à la formation de solutions solides hors équilibre. Nous discuterons notamment de l'influence de divers paramètres comme la température, la vitesse et le taux de déformation. Le rôle des défauts cristallins comme les dislocations ou les lacunes sera aussi abordé. Enfin, la dernière partie de ce mémoire porte sur les mécanismes de nanostructuration par déformation intense et notamment le rôle des atomes de soluté qui interagissent fortement avec les dislocations. Dans ce contexte, nous aborderons le rôle spécifique du carbone en solution solide dans des aciers hyperdéformés que nous comparerons aux mécanismes observés dans un alliage d'aluminium. Ensuite nous discuterons des différentes stratégies possibles pour obtenir un alliage multiphasé nanostructuré grâce à des procédés de déformation plastique intense en nous appuyant sur deux exemples spécifiques. D'une part un composite Cu-Cr hyperdéformé et nanostructuré dans l'état bi-phasé et d'autre part un alliage FeAuPd hyperdéformé et nanostructuré avant séparation de phase.

La nouvelle technique d'hyperdéformation nommée High Pressure Tube Twisting (HPTT), est un procédé continu d'affinement du grain pour les matériaux métalliques avec la géométrie tubulaire. Il consiste à placer un mandrin dans le tube avant d'appliquer une compression axiale directement sur le tube confiné des deux côtés pour produire une pression hydrostatique importante. Le tube est ensuite cisaillé par un couple externe à l'aide de la force de frottement généré par la pression hydrostatique. Les structures ultrafines produit avec HPTT ont été confirmés par MET et leur propriétés mécaniques ont été évaluées. La limite d'élasticité est augmentée de façon monotone avec la déformation imposée par HPTT. L'évolution de la microstructure est étudiée par la technique EBSD et les mesures de texture ont été réalisées avec des rayons X. Les échantillons déformés ont la texture de cisaillement simple, avec des intensités relativement faibles et l'effet de la texture initiale sur la texture finale persiste jusqu'à un cisaillement de 6. La distribution des désorientations entre les grains est bimodale et le second pic augmente avec la déformation. Application industrielle de cette nouvelle technique SPD exige la modélisation avancée en termes d'évolution de texture et le processus de fragmentation des grains. Dans ce but, le nouveau modèle de fragmentation du grain proposé par Toth et al. a été utilisée. L'affinement du grain améliore les résultats de simulation texture de façon significative et donne des informations complémentaires sur la distribution et la taille moyenne des grains, et la distribution de désorientation qui peut être directement comparés aux résultats expérimentaux
The new severe plastic deformation (SPD) technique, designated as high pressure tube twisting (HPTT), is a continuous process for grain refinement in bulk metallic materials with tubular geometry. It consists of placing a mandrel into the tube before applying an axial compression directly on the tube confined on both sides to produce high hydrostatic pressure. The tube is then twisted by an external torque with the help of the friction force genrated by the hydrostatic pressure. The ultra-fine grained structures produced with HPTT were confirmed using transmission electron microscopy and their microstructure and mechanical properties were evaluated. The value of yield stress is increased monotonically with the deformation imposed by HPTT. Meanwhile, the inverse deformation path is proved to be less advantageous. Microstructural evolution is studied by EBSD technique and texture measurements were carried out using X-ray. Deformed samples have simple shear texture with relatively low intensities and the effect of the initial texture on the final texture persists up to shear strain of nearly 6. Grain-to-grain misorientation distribution functions are bimodal and the second pick become higher with increasing strain. Industrial application of this new SPD technique requires advanced modelling in terms of texture evolution and grain fragmentation process. For this purpose, the new grain refinement model proposed by Toth and al. was used. Grain refinement improves the texture simulation results significantly and gives information on the average grain size, grain size distribution and misorientation distribution function that can be directly compared to experimental results

La compréhension de propriétés tribologiques dans les procédés de mise en forme est un enjeu important, particulièrement dans les procédés d'hyperdéformation. Dans ces procédés, les matériaux sont soumis à des déformations plastiques sévères sous de faibles vitesses d'avance dans le but d'obtenir des matériaux à grains ultrafins. Certains de ces procédés requièrent un coefficient de frottement important comme le procédé High Pressure Torsion (HPT). Dans d'autre cas, le frottement n'est pas bénéfique comme pour le procédé Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) dans lequel il s'oppose au mouvement relatif de l'échantillon dans le canal. Lors de la modélisation de ces procédés, le frottement est généralement un paramètre d'ajustement permettant de corréler les résultats issus du modèle et les essais expérimentaux. C'est pourquoi il est important de réaliser des essais expérimentaux afin de connaître avec précision le coefficient de frottement et les paramètres qui l'influent dans ces procédés. Les dispositifs permettant d'obtenir des résultats sur le frottement sont appelés des tribomètres. Les tribomètres commercialisés ne permettent pas toujours la réalisation d'essais dans des conditions représentatives du procédé. C'est pourquoi, malgré une grande diversité de tribomètres disponibles, des chercheurs continuent de développer de nouveaux dispositifs, pensés pour être les plus adaptés aux essais qu'ils veulent réaliser. Les tribomètres offrant la possibilité de caractériser le frottement dans des conditions similaires à celles du procédé ECAP (échantillon confiné) sont peu nombreux. Au LEM3, un premier dispositif spécialement conçu pour répondre aux spécifications des hyperdéformations a été conçu en 2013. Ce tribomètre a permis d'étudier l'évolution du frottement sec sous de hautes pressions, de 200 MPa à 1 GPa, entre un échantillon confiné et une matrice place, pour de faibles vitesses de glissement et pour différentes rugosités de surface initiales des matrices. Néanmoins, les distances de glissement possibles sont malheureusement trop faibles par rapport à celle rencontrés dans la plupart des procédés d'hyperdéformation. Un des objectifs de cette thèse est de montrer que le prototype de tribomètre existant permet de reproduire des conditions les plus représentatives possibles de celles de l'ECAP. La distance de glissement possible a été augmentée à 30 millimètres et le développement d'une pièce intermédiaire a été réalisé afin de permettre l'analyse post-frottement des échantillons. Des essais de calibration ont été réalisés et analysés afin de valider les capacités de ce nouveau dispositif à répondre aux besoins de cette étude. Suite à ces premiers essais, différentes campagnes d'essais ont été réalisées sur du cuivre, pour deux rugosités de matrices en Z160CDV12, différentes distances de glissement et différentes pressions de 200 MPa jusqu'à 1 GPa. Les résultats de ces essais sont décrits puis analysés
Understanding tribological properties is an important issue in forming processes, especially in hyperdeformation processes. In these processes, materials are subjected to severe plastic deformation (SPD) under low feed rates in order to obtain ultrafine grain materials. Some of these processes require a high coefficient of friction such as the high pressure torsion (HPT) process. In other cases, friction is not beneficial as in the Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) process where it opposes the relative movement of the sample in the channel. Nevertheless, the friction is generally a fitting parameter to correlate the results from the model and the experimental tests. For this reason, it is important to carry out experimental tests in order to know precisely the friction coefficient and the parameters that influence it in these processes. Devices to obtain friction results are called tribometers. Depending on the study to be carried out, different hard points can be identified and can complicate the use of an already commercialized tribometer. Therefore, despite a wide variety of tribometers available, researchers continue to build new devices, designed to be the most suitable for the tests they want to perform. Tribometers offering the possibility to characterize friction under conditions similar to those of the ECAP process (confined sample) are rare. A first device specifically designed to meet SPD specifications was designed in 2013. This tribometer allowed to study the evolution of dry friction under high pressures, from 200 MPa to 1 GPa, for low sliding velocities and for different initial surface roughness of the matrices. Nevertheless, the possible sliding distance is unfortunately too small to make an analogy with the ECAP process. One of the objectives of this thesis is to improve the existing prototype tribometer so that it can reproduce conditions as close as possible to those of the ECAP. The possible sliding distance has been increased from 1 to 30 millimeters and the development of an intermediate part now allows the post-friction analysis of the samples. Calibration tests were carried out and analyzed in order to show the capacity of this new bench to meet the needs of this study. Following these first tests, different tests were carried out on copper samples rubbing against steel matrices with different roughness, different sliding distances and different pressures from 200 MPa to 1 GPa. The results of these tests are described and analyzed

Les alliages de magnésium sont des candidats prometteurs pour des applications d’implants biorésorbables. Dans ce contexte, la compréhension du lien entre microstructure et mécanismes de corrosion et de dégradation des alliages de magnésium constitue un enjeu important. L’objectif de ce travail a été d’étudier l’influence de la microstructure sur la dégradation d’un alliage Mg-2%Ca biocompatible. Pour cela, deux procédés d’hyper-déformation (le Friction Stir Processing et dans une moindre mesure l’Equal Channel Angular Pressing) ont été utilisés afin de modifier les paramètres microstructuraux. Ces deux procédés se sont avérés particulièrement efficaces pour réduire la taille des grains (des tailles de l’ordre du micron ont ainsi pu être produites), modifier la répartition spatiale et la taille des secondes phases présentes dans l’alliage et développer des textures cristallographiques particulières. Au final, malgré ces variations microstructurales importantes, l’impact sur la vitesse de dégradation demeure assez limité. L’analyse du comportement électrochimique a aidé à décorréler l’influence de ces paramètres microstructuraux sur la vitesse de dégradation ; certains d’entre eux pouvant se compenser. Si l'affinement des grains semble améliorer la résistance à la corrosion, en raison d’un film de produits de corrosion probablement plus cohérent avec le métal, le rôle joué par les secondes phases apparaît plus complexe : la simple dispersion spatiale des particules de seconde phase affecte peu le comportement électrochimique alors que l'affinement de ces particules semble influencer notablement la couche de produits de corrosion. Enfin, comme attendu, la texture cristallographique joue également un rôle significatif dans la résistance à la corrosion. Ce travail a ainsi permis de contribuer à une amélioration des connaissances concernant l’influence de la microstructure sur le comportement électrochimique d'un alliage magnésium-calcium
Magnesium alloys are promising candidates for bioresorbable implant applications. In this context, understanding the link between microstructure and corrosion/degradation mechanisms of magnesium alloys is an important issue. The objective of this work was to study the influence of the microstructure on the degradation of a biocompatible Mg-2%Ca alloy. For this purpose, two hyper-deformation processes (Friction Stir Processing and to a lesser extent Equal Channel Angular Pressing) were used to modify the microstructural parameters. These two processes proved to be particularly effective in reducing the grain size (micron-sized grains could be produced), modifying the spatial distribution and size of the second phases present in the alloy and developing specific crystallographic textures. Finally, despite these important microstructural variations, the impact on the degradation rate remains quite limited. The analysis of the electrochemical behaviour helped to decorrelate the influence of these microstructural parameters on the degradation rate; some of them compensating each other. If grain refinement seems to improve the corrosion resistance, due to a coverage of corrosion products probably more coherent with the metal, the role of the second phases appears more complex: the spatial dispersion of the second phase particles has little effect on the electrochemical behaviour whereas the refinement of these particles seems to significantly influence the layer of corrosion products. Finally, as observed on pure Mg and other Mg alloys, crystallographic texture also plays a significant role in corrosion resistance. This work has hence contributed to the improvement of the understanding of the influence of the microstructure on the electrochemical behavior of a magnesium-calcium alloy