Etudes de lien entre écrouissage/restauration et croissance de grains dans les polycristaux métalliques thermomécaniquement transformés

For many decades, the role of grain boundaries in the plastic behavior of crystalline materials questions engineers, metallurgists, materials scientists. After the decisive progress in plasticity of individual crystals and for their collective behavior in aggregates, the complex effects of boundaries on the actual behavior are the remaining challenge to master. If boundaries can as well be considered as damage sites as strengthening network in a poly-crystalline structure, they always contribute greatly to the macroscopic properties of the latter. This work is a contribution to the study of the behavior of boundaries during thermomechanical treatments inducing mobility. We talk about migration.We studied the essential characteristics of the migration of grain boundaries from SIBM mechanism (Strain Induced Boundary Migration). The migration of grain boundaries under annealing after deformation was monitored in situ SEM. Microstructural changes are analyzed by SEM and AFM. The main strengths and characteristics contributing to the boundary migration are studied. For strengths, a migration diagram linking the displacements of grain boundaries to the curvature energy and the stored energy from plastic deformation allowed to assessing of the relevance of the usual expression for the migration driving force and to discussing possible adjustments. For characteristics, we confirmed the surface effect of the thermal grooving and the more intrinsic one of triple junctions on the mobility of grain boundaries.Depuis des décennies, le rôle joué par les joints de grains dans le comportement plastique des matériaux cristallins interroge mécaniciens, métallurgistes, spécialistes des matériaux. Après les avancées décisives de la plasticité individuelle des cristaux et de leur comportement collectif au sein d’agrégats, les effets complexes des interfaces sur le comportement effectif constituent l’enjeu restant à maîtriser. Car si les joints peuvent aussi bien être sites d’endommagement que réseau de consolidation dans une structure polycristalline, ils contribuent toujours fortement aux propriétés macroscopiques de cette dernière. Le travail réalisé est une contribution à l’étude du comportement des joints lors de traitements thermomécaniques induisant leur mobilité. On parle de migration.Nous avons étudié les caractéristiques essentielles de la migration de joints de grains à partir du mécanisme de SIBM (croissance de grains sans germination après faible déformation plastique). La migration des joints de grains sous recuit après déformation a été suivie in situ en MEB. Les évolutions microstructurales sont analysées en MEB et en AFM. Les principales forces et caractéristiques contribuant à la migration des joints sont étudiées. Pour les forces, un diagramme de migration reliant le déplacement des joints à l’énergie de courbure et à l’énergie stockée par déformation plastique a permis d’évaluer la pertinence de l’expression usuelle de la force motrice de migration et d’en discuter de possibles ajustements. Pour les caractéristiques, nous avons confirmé l’effet de surface de la gravure thermique et celui plus intrinsèque des jonctions triples sur la mobilité des joints de grains

Study links beween hardening / recovery and grain in the thermo-mechanically processed polycrystallinr metals

Depuis des décennies, le rôle joué par les joints de grains dans le comportement plastique des matériaux cristallins interroge mécaniciens, métallurgistes, spécialistes des matériaux. Après les avancées décisives de la plasticité individuelle des cristaux et de leur comportement collectif au sein d’agrégats, les effets complexes des interfaces sur le comportement effectif constituent l’enjeu restant à maîtriser. Car si les joints peuvent aussi bien être sites d’endommagement que réseau de consolidation dans une structure polycristalline, ils contribuent toujours fortement aux propriétés macroscopiques de cette dernière. Le travail réalisé est une contribution à l’étude du comportement des joints lors de traitements thermomécaniques induisant leur mobilité. On parle de migration.Nous avons étudié les caractéristiques essentielles de la migration de joints de grains à partir du mécanisme de SIBM (croissance de grains sans germination après faible déformation plastique). La migration des joints de grains sous recuit après déformation a été suivie in situ en MEB. Les évolutions microstructurales sont analysées en MEB et en AFM. Les principales forces et caractéristiques contribuant à la migration des joints sont étudiées. Pour les forces, un diagramme de migration reliant le déplacement des joints à l’énergie de courbure et à l’énergie stockée par déformation plastique a permis d’évaluer la pertinence de l’expression usuelle de la force motrice de migration et d’en discuter de possibles ajustements. Pour les caractéristiques, nous avons confirmé l’effet de surface de la gravure thermique et celui plus intrinsèque des jonctions triples sur la mobilité des joints de grains.For many decades, the role of grain boundaries in the plastic behavior of crystalline materials questions engineers, metallurgists, materials scientists. After the decisive progress in plasticity of individual crystals and for their collective behavior in aggregates, the complex effects of boundaries on the actual behavior are the remaining challenge to master. If boundaries can as well be considered as damage sites as strengthening network in a poly-crystalline structure, they always contribute greatly to the macroscopic properties of the latter. This work is a contribution to the study of the behavior of boundaries during thermomechanical treatments inducing mobility. We talk about migration.We studied the essential characteristics of the migration of grain boundaries from SIBM mechanism (Strain Induced Boundary Migration). The migration of grain boundaries under annealing after deformation was monitored in situ SEM. Microstructural changes are analyzed by SEM and AFM. The main strengths and characteristics contributing to the boundary migration are studied. For strengths, a migration diagram linking the displacements of grain boundaries to the curvature energy and the stored energy from plastic deformation allowed to assessing of the relevance of the usual expression for the migration driving force and to discussing possible adjustments. For characteristics, we confirmed the surface effect of the thermal grooving and the more intrinsic one of triple junctions on the mobility of grain boundaries

Analysis of Dynamic Plastic Deformation process on an Electrolytic Tough - Pitch copper (Cu-ETP): From material characterization to models improvement

This paper presents a comprehensive study of a direct impact compression loading on an Electrolytic Tough-Pitch copper (Cu-ETP). The aim of the study is to provide reliable experimental data in this dynamic loading using high-speed video camera records and real time projectile deceleration profiles. Test set-up has been optimized to ensure an efficient recovery of the samples after the Dynamic Plastic Deformation (DPD) process in the 103 to 104 s-1 strain rate range regime. Structural investigations have been made on post-mortem samples: microstructure investigations of recovered samples have shown more structural changes in terms of crystallographic texture and grain sizes. Post-mortem tensile tests have also been carried out to evaluate yield strength behavior of the Cu-ETP copper after the DPD process. Numerical simulations have been performed to evaluate the ability of empirical models to reproduce recorded signals. In-situ results (time evolution of strain, strain rate, temperature, etc.) given by the numerical analysis have contributed to enrich the post-mortem analysis

Analysis of Dynamic Plastic Deformation process on an Electrolytic Tough - Pitch copper (Cu-ETP): From material characterization to models improvement

This paper presents a comprehensive study of a direct impact compression loading on an Electrolytic Tough-Pitch copper (Cu-ETP). The aim of the study is to provide reliable experimental data in this dynamic loading using high-speed video camera records and real time projectile deceleration profiles. Test set-up has been optimized to ensure an efficient recovery of the samples after the Dynamic Plastic Deformation (DPD) process in the 103 to 104 s-1 strain rate range regime. Structural investigations have been made on post-mortem samples: microstructure investigations of recovered samples have shown more structural changes in terms of crystallographic texture and grain sizes. Post-mortem tensile tests have also been carried out to evaluate yield strength behavior of the Cu-ETP copper after the DPD process. Numerical simulations have been performed to evaluate the ability of empirical models to reproduce recorded signals. In-situ results (time evolution of strain, strain rate, temperature, etc.) given by the numerical analysis have contributed to enrich the post-mortem analysis