Groupe de Physique des Matériaux - UMR CNRS 6634

Nos tutelles

CNRS INSA de Rouen Université de Rouen

Rechercher




Accueil > Recherche > Métallurgie, Vieillissement et Mécanique > Mécanique des Matériaux(ERMECA) > Thèmes de Recherche

Comportement Mécanique et Transformations de Phases Solide-Solide

par LABGPM - publié le , mis à jour le

Nous nous intéressons particulièrement aux transformations de phase à l’état solide dans les alliages ferreux. Les investigations concernent : les cinétiques de transformations, le comportement élasto-visco-plastique des mélanges de phases, la restauration d’écrouissage en cours de transformation et la plasticité de transformation. C’est de loin ce dernier phénomène qui a reçu notre plus grande attention aussi bien sur le plan de l’expérimentation que de la modélisation qu’elle soit analytique ou numérique. Nous allons donner un aperçu sur ces activités à travers les exemples ci-après.

Etude expérimentale de la plasticité de transformation

La plasticité de transformation (TRIP) est une des conséquences mécaniques des transformations de phase solide-solide dans les aciers. De nombreuses études montrent l’importance de ce phénomène dans la création des contraintes résiduelles et des phénomènes de distorsions géométriques que peuvent subir des pièces mécaniques sous l’effet d’opérations thermomécaniques (traitement thermique, soudage…).

Nous présentons ci-après deux exemples d’études expérimentales que nous avons menées sur le TRIP. Dans le premier, nous avons mis en évidence la quasi-indépendance du phénomène vis-à-vis de la taille de grain (figure 1) dans la plage considérée. Ce résultat met en défaut le modèle de comportement issu du schéma micromécanique simplifié adopté par Leblond et plus récemment par Taleb et Sidoroff qui suggère plutôt une augmentation du TRIP en fonction de la taille de grain. Le 2e exemple est relatif à l’interaction plasticité classique – TRIP (Taleb-Petit, IJP, 2006). Ce résultat est important car, au-delà de son originalité, il a conduit à des développements micromécaniques numériques conséquents visant une meilleure compréhension de la mécanique des transformations de phase (voir ci-après). Nous avons montré expérimentalement que le TRIP peut être observé même en absence de chargement extérieur durant la transformation si celle-ci est précédée par un cycle de charge-décharge en plasticité. Ce résultat met en défaut d’une part la définition classique du TRIP et d’autre part le modèle « industriel » le plus sophistiqué de la littérature (Figure 2)



Figure 1 : TRIP obtenu expérimentalement dans une transformation martensitique d’un acier 35NCD16 sous torsion constante. 3 tailles de grains sont considérées correspondant à des températures max de 800, 850 et 900°C respectivement (Boudiaf et al., EJM, 2011). Figure 2 : Expérience et modélisation du TRIP dans une transformation martensitique d’un acier 16MND5 sans charge extérieure. La transformation a été précédée d’un cycle de charge-décharge en plasticité conduisant à une déformation plastique de 4.5% (Taleb- Petit, IJP, 2006).

Etude numérique de la plasticité de transformation

Le problème des interactions élasto-visco-plastiques entre phases et grains d’un matériau soumis à une transformation de phase est aussi abordé par la modélisation numérique micromécanique, avec l’objectif prioritaire de déterminer des propriétés à l’échelle macroscopique d’un élément de volume représentatif. Différents modèles sont développés, se différenciant par le type de transformation de phase (martensitique/displacive ou diffusive) et par les échelles de modélisation (du micro au macro). Pour les transformations de phase martensitiques, le mécanisme d’apparition de plaquettes fortement cisaillées (les variants) à l’intérieur des grains d’austénite est pris en compte explicitement dans la modélisation afin de reproduire correctement les effets de pré-écrouissage mentionnés ci-dessus. Pour les transformations diffusives, différents niveaux de précision de la microstructure peuvent être adoptés : une phase peut-être considérée comme homogène et évoluant selon une cinétique globale de type KJMA ou alors comme polycristalline, avec un comportement décrit par la plasticité cristalline et une cinétique de transformation contrôlée à l’échelle locale de la microstructure polycristalline. Une partie des développements est orientée vers l’amélioration du modèle d’évolution microstructural aux échelles fines. L’autre partie porte sur l’extension de nos études à tous les mécanismes (transformations métallurgiques – plasticité – viscosité) susceptibles d’interagir à haute température, et ceci en gardant toujours une démarche de couplage entre modélisation et caractérisation expérimentale à différentes échelles.