Joints de grains et plasticité cristalline Traité MIM, série Matériaux et métallurgie
Coordonnateur : PRIESTER Louisette
Les joints de grains jouent un rôle majeur dans les propriétés des matériaux cristallins, en particulier dans leur comportement plastique. Une connaissance approfondie de l'objet "joint de grains" et des réactions élémentaires entre dislocations et joints de grains s'avère nécessaire pour mieux comprendre les comportements intergranulaires dans la déformation à chaud et à froid, le fluage, la fatigue et la rupture.
Cette connaissance passe par le couplage des études physiques, chimiques et mécaniques ; elle requiert également une approche multi échelle : depuis l'échelle nanométærique de la structure fine du joint de grains jusqu'à l'échelle macroscopique de la réponse du polycristal à une sollicitation mécanique.
Ces différents aspects sont pris en compte dans cet ouvrage ; la compréhension de l'influence des joints de grains sur la plasticité cristalline apparaît comme un enjeu dans la maîtrise des performances des matériaux.
Avant-propos.
Chapitre 1. Structures et défauts des joints
de grains. Jany THIBAULT-PENISSON et Louisette PRIESTER
1.1.
Structure d’équilibre des joints de grains.
1.1.1.
Description géométrique et quelques éléments de bicristallographie .
1.1.1.1.
Les degrés de liberté.
1.1.1.2. Joint de flexion, joint de
torsion, joint mixte, joint symétrique/asymétrique.
1.1.1.3.
Bicristallographie et coïncidence.
1.1.1.4. Le réseau DSC.
1.1.1.5.
Limites de l’approche géométrique.
1.1.2. Structure
des joints de grains en termes de dislocations intrinsèques.
1.1.2.1.
Modèle de Read et Shockley.
1.1.2.2. Généralisation du modèle de
dislocations : modèle continu de Frank-Bilby.
1.1.2.3.
Généralisation du modèle de dislocations : modèle discret – réseau 0 de
Bollmann.
1.1.2.4. Les limites du modèle « dislocations ».
1.1.3.
Structure atomique des joints de grains – modèle des unités structurales.
1.1.3.1.
Modèle des unités structurales.
1.1.3.2. Modèle des unités
structurales appliqué aux dislocations du joint de grains.
1.1.3.3.
Les limites de l’approche en termes d’unités structurales.
1.1.4.
Description atomistique énergétique.
1.1.4.1. Les
difficultés de l’approche énergétique.
1.2.
Défauts cristallins des joints de grains.
1.2.1. Défauts
ponctuels – ségrégation intergranulaire.
1.2.1.1. Les
défauts ponctuels.
1.2.1.2. Localisation des atomes de solutés
en relation avec le plan du joint.
1.2.1.3. Ségrégation et structure
fine du joint de grains.
1.2.1.4. Ségrégation sur les dislocations
extrinsèques du joint de grains.
1.2.2. Défauts linéaires :
dislocations extrinsèques.
1.2.2.1. Caractéristiques
géométriques d’une dislocation extrinsèque.
1.2.2.2.
Dislocation extrinsèque dans le modèle des unités structurales.
1.2.2.3.
Coeur d’une dislocation extrinsèque.
1.2.3. Défauts
volumiques – précipitation aux joints de grains.
1.3.
Conclusion.
1.4. Bibliographie.
Chapitre 2. Mécanismes
élémentaires de déformation aux joints de grains. Jean-Philippe
COUZINIE et Louisette PRIESTER
2.1. Une dislocation à
proximité d’un joint de gains.
2.2. Interaction élastique
entre dislocations et joints de gains : force image.
2.3. Interaction
à courte distance (de coeur) entre dislocations et joints de grains.
2.3.1.
Les critères géométriques et énergétiques de transmission du glissement.
2.3.1.1.
Transmission directe du glissement.
2.3.1.2. Transmission indirecte
du glissement.
2.3.2. Les mécanismes élémentaires des réactions de
dislocations aux joints de grains.
2.3.2.1. Absorption et mécanismes
de décomposition des dislocations extrinsèques.
2.3.2.2.
Mécanismes d’interactions entre dislocations de matrice dissociées et
joints de grains.
2.3.3. Simulations à l’échelle atomique des
mécanismes d’interaction entre dislocations et joints de grains.
2.3.4.
Observations expérimentales des mécanismes d’interaction.
2.3.4.1.
Décomposition des dislocations extrinsèques.
2.3.4.2.
Transmission des dislocations extrinsèques.
2.3.5. Champs de
contraintes élastiques associés aux dislocations extrinsèques.
2.4.
Relaxation des champs de contraintes associées aux dislocations
intergranulaires.
2.4.1. Processus de relaxation des contraintes
dans un joint de grains.
2.4.1.1. Modèle d’incorporation de la
dislocation dans la structure du joint.
2.4.1.2. Modèle de
délocalisation du coeur de la dislocation.
2.4.2. Evolution des
champs de contraintes avec le temps de relaxation.
2.4.3. Etudes
expérimentales des phénomènes de relaxation aux joints de grains.
2.4.3.1.
Relaxation des contraintes dans des joints de macle Σ = 3 {111}.
2.4.3.2.
Relaxation des contraintes dans des joints Σ = 9.
2.4.3.3.
Relaxation des contraintes dans des joints Σ = 11 de plans différents.
2.4.3.4.
Relaxation des contraintes dans un joint général.
2.4.4.
Conclusion.
2.5. Relations entre mécanismes élémentaires aux
interfaces et comportements mécaniques des matériaux.
2.6.
Bibliographie.
Chapitre 3. Les joints de grains dans la
déformation à froid. Colette REY, Denis SOLAS et
Olivier FANDEUR
3.1. Introduction.
3.2. Compatibilité et
incompatibilité plastiques de la déformation aux joints de grains.
3.2.1.
Généralités.
3.2.2. Calcul des incompatibilités dans
le cas du bicristal.
3.3. Contraintes internes dans les grains des
polycristaux.
3.3.1. Notions de plasticité cristalline, comportement
du monocristal à l’usage des modèles polycristallins.
3.3.1.1.
Critère de plasticité et loi de comportement du monocristal.
3.3.1.2.
Expressions de la matrice d’écrouissage.
3.3.2.
Contraintes internes dans les polycristaux.
3.3.3. Mécanismes de
relaxation des contraintes.
3.3.3.1. Relaxation par déformation
plastique.
3.3.3.2. Glissement aux joints de grains.
3.4.
Modélisation des champs mécaniques locaux par la méthode des éléments
finis (EF).
3.4.1. Les agrégats.
3.4.2. Du monocristal au
polycristal en transformations finies.
3.4.3. Identification des
paramètres des lois de comportement et d’écrouissage.
3.4.4.
Exemples de champs mécaniques locaux proposés par les modèles
polycristallins.
3.4.4.1. Champs mécaniques locaux dans les tous
premiers stades de déformation en fatigue.
3.4.4.2. Polycristal
de fer IF-Ti en compression plane.
3.5. Loi de Hall et Petch,
dislocations géométriquement nécessaires.
3.5.1.
Définition.
3.5.2. Modélisation de l’effet de taille de grains
dans les polycristaux, comparaison avec l’expérience.
3.6.
Sous-joints et joints de grains de déformation et de recristallisation.
3.6.1.
Sous-joints et joints de grains de déformation.
3.6.2.
Sous-joints de recristallisation.
3.6.2.1. Généralités.
3.6.2.2.
Modélisation numérique de la recristallisation discontinue.
3.7.
Conclusion.
3.8. Bibliographie.
Chapitre 4. Fluage et
plasticité à chaud : dynamique des joints de grains. Sylvie
LARTIGUE-KORINEK et Claude Paul CARRY
4.1. Introduction.
4.2.
Joints de grains et croissance granulaire.
4.2.1. Cinétique et
loi de croissance granulaire.
4.2.2. Ségrégation et précipitation aux
joints de grains – influence sur leur mobilité.
4.3.
Joints de grains et fluage : mécanismes et lois phénoménologiques.
4.3.1.
Les mécanismes aux joints de grains.
4.3.1.1. Processus
diffusionnels aux joints de grains.
4.3.1.2. Glissement aux joints de
grains.
4.3.1.3. Migration des joints de grains.
4.3.2. Modèles et
cinétiques de fluage.
4.3.2.1. Fluage et dislocations.
4.3.2.2.
Fluage limité par la diffusion.
4.3.2.3. Fluage gouverné par
réaction d’interface.
4.3.3. Lois de comportement et
cartes de fluage.
4.3.4. Limite des modèles, chimie des joints de
grains et fluage.
4.4. Joints de grains et superplasticité.
4.4.1.
Phénoménologie et mécanismes microstructuraux.
4.4.2.
Les différents modèles.
4.4.2.1. Glissement intergranulaire
accommodé par diffusion.
4.4.2.2. Glissement intergranulaire
contrôlé par le mouvement de dislocations.
4.4.2.3. Modèle
de Perevezentsev.
4.4.3. Croissance de grains et déformation
superplastique.
4.5. Perspectives : fluage des matériaux à
nanograins.
4.6. Bibliographie.
Chapitre 5. Fatigue
intergranulaire. André PINEAU et Stephen ANTOLOVICH
5.1.
Introduction.
5.2. Fatigue intergranulaire à basse température.
5.2.1.
Diverses échelles à considérer pour expliquer la fatigue intergranulaire.
5.2.2.
Etude du fer α et d’autres métaux et alliages métalliques de structure
CC.
5.2.2.1. Déformation des cristaux CC.
5.2.2.2. Fatigue
intergranulaire des polycristaux CC, comportement général, effet des
impuretés.
5.2.3. Fatigue intergranulaire des métaux et alliages
métalliques de structure CFC.
5.2.3.1. Introduction.
5.2.3.2.
Fatigue des matériaux CFC monocristallins.
5.2.3.3. Fatigue des
bicristaux.
5.2.3.4. Fatigue intergranulaire des polycristaux.
5.2.3.5.
Résumé.
5.3. La fatigue à haute température.
5.3.1.
Généralités.
5.3.2. Aciers inoxydables austénitiques.
5.3.2.1.
Comportement et microstructure.
5.3.2.2. Endommagement.
5.3.2.3.
Modélisation physique de l’endommagement et durée de vie.
5.3.3.
Superalliages base nickel.
5.3.3.1. Microstructures des superalliages.
5.3.3.2.
Mécanismes de déformation.
5.3.3.3. Fatigue oligocyclique à
chaud des superalliages polycristallins moulés.
5.3.3.4.
Propagation des fissures dans les superalliages.
5.3.3.5. Résumé.
5.4.
Conclusion.
5.5. Bibliographie.
Chapitre 6. Ségrégation
intergranulaire et rupture des matériaux cristallins. Anna
FRACZKIEWICZ et Krzysztof WOLSKI
6.1. Joints de grains et
rupture.
6.1.1. Facteurs de rupture – différents types de rupture.
6.1.2.
Rupture intergranulaire.
6.2. Ségrégation intergranulaire.
6.2.1.
Origine de la ségrégation .
6.2.2. Thermodynamique de la
ségrégation d’équilibre – modèles existants.
6.2.2.1.
Modèles issus de la thermodynamique classique.
6.2.2.2. Modèles
basés sur la thermodynamique statistique.
6.2.3.
Caractéristiques générales de la ségrégation intergranulaire d’équilibre.
6.2.4.
Ségrégation hors d’équilibre.
6.2.5.
Hétérogénéité de la ségrégation intergranulaire : effets de la structure
des joints de grains.
6.3. Ségrégation et rupture intergranulaire.
6.3.1.
Mécanismes conduisant à la fragilité intergranulaire.
6.3.1.1.
Modèle énergétique : cas idéal de rupture fragile.
6.3.1.2.
Modèle thermodynamique : rupture des liaisons atomiques.
6.3.1.3.
Modèle atomistique : affaiblissement des charges électroniques dans
l’interface.
6.3.2. Des ségrégations néfastes aux ségrégations
renforçantes.
6.3.2.1. Ségrégations néfastes.
6.3.2.2.
Ségrégations renforçantes.
6.4. Rupture
intergranulaire induite par les métaux liquides.
6.4.1.
Phénomènes intervenant lors du contact avec un métal liquide.
6.4.2.
Fragilisation par les métaux liquides.
6.4.3. Pénétration
intergranulaire.
6.4.4. Diffusion intergranulaire dans le cas du
système Cu-Bi.
6.4.5. Mouillage intergranulaire dans le cas du
système Ni-Bi.
6.4.6. Mécanisme de la pénétration
intergranulaire.
6.4.7. Cas du système Al-Ga.
6.4.8.
Conclusion.
6.5. Conclusion générale.
6.6.
Bibliographie.
Annexes.
Index.
Date de parution : 08-2011
Ouvrage de 344 p.
16x24 cm
Retiré de la vente