Le travail s'intéresse aux effets de l'histoire de chargement sur le comportement et la durée de vie en fatigue de deux nuances (THYSSEN et CLI)d'un acier inoxydable austénitique 304L à la température ambiante. Les essais ont été réalisés en utilisant deux catégories d'éprouvettes. Les éprouvettes de la première catégorie (vierges) ont été soumises à des essais classiques de fatigue,alors que celles de la deuxième ont subi, avant les essais de fatigue, un pré-écrouissage monotone ou cyclique en déformation imposée. Les éprouvettes vierges manifestent un adoucissement cyclique suivi d'un durcissement cyclique alors que les éprouvettes pré-écrouies ne présentent qu'un durcissement cyclique. Les résultats montrent une grande influence du pré-écrouissage qui semble bénéfique en contrainte imposée, mais néfaste en déformation imposée,même en présence d'une contrainte moyenne de compression. Ces résultats sont discutés en termes d'évolution cyclique du module d'élasticité, des écrouissages isotropes et cinématiques, et de la densité d'énergie absorbées par cycle, dans différentes configurations : avec ou sans pré-écrouissage, en contrainte ou déformation imposées...

Le travail s'intéresse aux effets d'un pré-écrouissage cyclique axial ou en torsion sur le comportement cyclique et la durée de vie en fatigue sous sollicitation axiale à température ambiante d'un acier inoxydable austénitique 304L. Les essais cycliques séquentiels à amplitude de déformation croissante ou décroissante montrent que la courbe cyclique du 304L est non-unique. Cette caractéristique est liée à la persistance de l'état microstructural généré pendant les cycles d'amplitude de déformation maximale de la première séquence. En augmentant le nombre des séquences, l'acier 304L montre une tendance vers une courbe cyclique asymptotique, l'écrouissage semble se stabiliser. Des essais de fatigue sous chargement axial ont été réalisés sur des éprouvettes vierges ou pré-écrouies en traction-compression ou en torsion. Les durées de vie ont été sensiblement réduites pour les éprouvettes pré-écrouies. Ce phénomène est lié à la formation de structures de dislocations denses héritées de la phase de pré-écrouissage. Cependant, l'augmentation de l'amplitude de déformation en fatigue réduit l'effet du pré-écrouissage.

Le travail s’intéresse aux effets de l’histoire de chargement sur le comportement et la durée de vie en fatigue de deux nuances (THYSSEN et CLI)d’un acier inoxydable austénitique 304L à la température ambiante. Les essais ont été réalisés en utilisant deux catégories d’éprouvettes. Les éprouvettes de la première catégorie (vierges) ont été soumises à des essais classiques de fatigue,alors que celles de la deuxième ont subi, avant les essais de fatigue, un pré-écrouissage monotone ou cyclique en déformation imposée. Les éprouvettes vierges manifestent un adoucissement cyclique suivi d’un durcissement cyclique alors que les éprouvettes pré-écrouies ne présentent qu’un durcissement cyclique. Les résultats montrent une grande influence du pré-écrouissage qui semble bénéfique en contrainte imposée, mais néfaste en déformation imposée,même en présence d'une contrainte moyenne de compression. Ces résultats sont discutés en termes d'évolution cyclique du module d'élasticité, des écrouissages isotropes et cinématiques, et de la densité d’énergie absorbées par cycle, dans différentes configurations : avec ou sans pré-écrouissage, en contrainte ou déformation imposées... / This study deals with the effect of the loading history on the cyclic behavior and the fatigue life of two kinds (THYSSEN and CLI) of 304L stainless steel at room temperature. The experiments have been performed using two specimens’ categories. The first one (virgin) has been submitted to only classical fatigue tests while in the second category, prior to the fatigue test, the specimen is subjected to a pre-hardening process under either monotonic or cyclic strain control. Cyclic softening followed by cyclic hardening are observed for the virgin specimens while only cyclic softening is exhibited by the pre-hardened specimens. The obtained results show that fatigue life is strongly influenced by the pre-hardening: it seems beneficial under stress control but detrimental under strain control, even in the presence of a compressive mean stress. The results are discussed regarding the cyclic evolution of the elastic modulus aswell as the isotropic and kinematic parts of the strain hardening, and strain energy density per cycle, in different configurations: with or without prehardening,stress or strain control...

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'étude de l'effet de l'identification des paramètres matériau sur la prévision du comportement cyclique. Une étude de l'effet de la pré-déformation sur la réponse du matériau vis à vis le rochet est aussi présentée. Pour cela deux types d'expériences ont été menés au sein de l'équipe Mécanique du Groupe de Physique des Matériaux (GPM, UMR 6634) à l'INSA de Rouen sur un acier inoxydable de type 304L : Les essais EXP1 contenant des essais à déformation imposée axiale et multiaxiale et des essais de rochet en une et deux phases. Ces essais sont tirés de la littérature et nous ont servi de base de donnée pour la réalisation des différentes étapes de l'identification. Les essais EXP2 contenant des essais de rochet après déformation imposée.Ils sont réalisés dans le cadre de cette étude et permettent l'étude de l'effet de la pré déformation sur le phénomène de rochet. L'identification des paramètres est faite''automatiquement'' avec une méthode d'optimisation en utilisant des bases de données à complexité croissante. Les paramètres identifiés sont ensuite injectés dans des simulations qui seront superposées avec les courbes expérimentales. L'ensemble des simulations est fait avec le code de calcul Zébulon avec le choix du modèle de Chaboche. Les résultats obtenus montrent l'effet de la pré déformation sur le rochet selon les histoires, les mêmes conditions à contraintes imposées peuvent mener à différents comportements cycliques : Elastique et adaptation plastique dans d'autre cas. La pré-déformation précédente peut également mener à l'anisotropie du matériau conduisant à un faible rochet sous traction compression avec une contrainte moyenne nulle !L'étude précise également l'importance de la base de données expérimentale utilisée pour l'identification de paramètres. Le choix des essais devrait étroitement être lié aux équations constitutives du modèle choisis . À savoir, la présence des essais à déformation imposée non proportionnelle peut être non appropriée si le modèle ne peut pas tenir compte explicitement d'un tel caractère.

Le travail s’intéresse aux effets d’un pré-écrouissage cyclique axial ou en torsion sur le comportement cyclique et la durée de vie en fatigue sous sollicitation axiale à température ambiante d’un acier inoxydable austénitique 304L. Les essais cycliques séquentiels à amplitude de déformation croissante ou décroissante montrent que la courbe cyclique du 304L est non-unique. Cette caractéristique est liée à la persistance de l’état microstructural généré pendant les cycles d’amplitude de déformation maximale de la première séquence. En augmentant le nombre des séquences, l’acier 304L montre une tendance vers une courbe cyclique asymptotique, l’écrouissage semble se stabiliser. Des essais de fatigue sous chargement axial ont été réalisés sur des éprouvettes vierges ou pré-écrouies en traction-compression ou en torsion. Les durées de vie ont été sensiblement réduites pour les éprouvettes pré-écrouies. Ce phénomène est lié à la formation de structures de dislocations denses héritées de la phase de pré-écrouissage. Cependant, l’augmentation de l’amplitude de déformation en fatigue réduit l’effet du pré-écrouissage. / This study investigates the effects of loading history on the cyclic stress-strain curve and fatigue behavior of 304L stainless steel at room temperature. Tension-compression tests were performed ont the same specimen under controlled strain, using several loading sequences of increasing or decreasing amplitude. The results showed that fatigue life is significantly reduced by the previous loading history. A previously developed method for determining the effect of prehardening was evaluated. Microstructural analyses were also performed; the microstructures after preloading and their evolution during the fatigue cycles were characterized by TEM. The results of these analyses improve our understanding of the macroscopic properties of 304L stainless steel and can help us identify the causes of failure and lifetime reduction.

Les opérations de mise en forme (particulièrement l'emboutissage) font subir au métal des chargements alternés avec de grandes amplitudes de déformation, le plus souvent suivis de changements de trajets. Une simulation numérique de ces opérations nécessite l'utilisation d'un modèle du comportement qui puisse rendre compte efficacement des trajets de chargements complexes. <br />Cette thèse est une contribution à l'établissement d'un modèle de comportement plastique destiné à être utilisé pour la simulation numérique des opérations de mise en forme. Le parti a été pris de recourir à un modèle micromécanique dont les variables sont des paramètres micro-structuraux intrinsèques comme les densités de dislocations et leurs distributions sur chaque système de glissement. Le modèle traite des chargements alternés dans un cadre physique unifié défini pour l'ensemble des équations constitutives décrivant l'écrouissage. <br />Au-delà de l'intérêt de définir un modèle particulier, ce travail apporte une contribution à la mise en œuvre des différentes étapes qui doivent conduire à son utilisation dans une simulation numérique macroscopique. Il s'agit de définir un protocole reproductible, plutôt indépendant du modèle considéré et exploitable pour d'autres modélisations. En particulier, des protocoles expérimentaux sont définis pour produire des données dans des conditions reproductibles. Des moyens de caractérisation récents comme l'analyse d'images dans les domaines visible et infrarouge sont utilisés pour étudier la réponse expérimentale thermomécanique de différents échantillons à caractère fortement cristallin. Ensuite, l'implantation du modèle dans un code éléments finis commercial permet d'envisager des simulations complexes qui, si elles ne s'adressent pas actuellement à des opérations d'emboutissage, comportent toutefois les ingrédients pour les traiter. <br />Ce travail, à l'interface de nombreux champs disciplinaires, apporte donc une contribution au développement des modèles de comportement plastique des matériaux métalliques qui porte sur l'ensemble des briques nécessaires au développement de simulations numériques utilisant des modèles à caractère physique.

En raison de l'augmentation de la demande d’allègement pour les véhicules automobiles, des solutions doivent être créées pour permettre aux constructeurs automobiles de passer d'aciers hautement formables mais lourds à des alliages d'aluminium moins formables mais plus légers pour les carrosseries en blanc. Les alliages d'aluminium de la série 6xxx, basés sur le système Al-Mg-Si-Cu, se sont révélés prometteurs en termes de résistance mécanique et de résistance à la corrosion, mais, l'une de leurs principales limitations concerne leur formabilité. Cette thèse vise à comprendre l'effet des additions de Si, Mg et Cu sur les propriétés mécaniques et de formabilité de la série AA6xxx. La calorimétrie différentielle à balayage et les essais de dureté sont utilisés pour identifier les effets de l'addition de solutés sur la microstructure d’amas de solutés après vieillissement naturel et pré-vieillissement. Les essais de traction donnent accès aux principales propriétés mécaniques : limite d'élasticité, résistance à la traction, taux d’écrouissage et allongement uniforme. Le test de sensibilité à la vitesse de déformation est effectué à l'aide de sauts de vitesse afin d'obtenir non seulement la sensibilité à la vitesse ascendante, mais moins classiquement la sensibilité à la vitesse descendante. Enfin, à l'aide d'équations constitutives, les propriétés mécaniques sont utilisées dans une modélisation par éléments finis pour saisir l'évolution de la déformation et de la vitesse de déformation dans la transition de la striction diffuse à localisée. Dans le cas du vieillissement naturel d'un mois (NA1m), deux types d'amas ont été détectés, une espèce moins stable thermiquement ayant une forte dépendance aux teneurs en Cu et Mg, et une espèce plus stable thermiquement ayant la même sensibilité à toutes les espèces de solutés. Lorsque les échantillons sont pré-vieillis, puis laissés pendant un mois (sNA1m), seule l’espèce d’amas thermiquement plus stables et également sensible à tous les ajouts de solutés existe. La formation de ces différents types d’amas en fonction du traitement thermique s'est traduite par les effets de l'ajout de solutés spécifiques sur les propriétés mécaniques observées. Dans l'état NA1m, les effets des additions de Cu et de Mg à l'alliage ont montré les plus fortes augmentations de la limite d'élasticité et du taux d’écrouissage, par rapport aux additions de Si. Ceci contraste avec la condition sNA1m pour laquelle les additions de Cu, Mg et Si augmentent toutes la limite d'élasticité de façon égale tandis que les additions de Cu se sont avérées avoir le plus fort effet sur l'augmentation du taux de durcissement par déformation, suivies par l'effet d’additions de Si, tandis que les additions de Mg n'ont pas eu d'effet. Les tests de sensibilité à la vitesse de déformation ont révélé une asymétrie entre les tests de variation vers le haut et vers le bas, selon laquelle la sensibilité à la vitesse de variation vers le bas est plus grande que la sensibilité à la vitesse de variation vers le haut. De plus, on a constaté que les ajouts de Si augmentent à la fois la sensibilité à la vitesse de déformation à variation ascendante et à variation descendante dans les conditions NA1m et sNA1m. Enfin, l'application de ces propriétés mécaniques à l'étude de l'évolution des strictions diffuse et locale a démontré que l'augmentation de l'exposant d’écrouissage retarde l'apparition du col diffus, par ailleurs l’augmentation de la sensibilité à la vitesse de déformation permet une distribution plus uniforme des déformations et des vitesses de déformation, permettant ainsi la stabilisation et la propagation du col de striction et retardant l'apparition du col local. L'effet de la sensibilité à la vitesse de déformation ascendante s'est révélé plus important que la variation descendante en raison de l'intensité de l'augmentation de la vitesse de déformation à l'intérieur du col sur une zone beaucoup plus petite. / Due to the increased demand for light weighting in automotive vehicles, solutions need to be created to allow automotive manufacturers to switch from highly formable but heavy steels to less formable but lighter aluminium alloys for body-in-white components; doors, roofs, hood. The 6xxx-series of aluminium alloys, based on the system of Al-Mg-Si-Cu, have shown promise for providing adequate strength and corrosion resistance but still, in the current state, one of their main limitations concerns their formability. This thesis aims to understand the effect of Si, Mg, and Cu additions under two different processing routes on the mechanical and formability properties of the AA6xxx-series. Differential scanning calorimetry and hardness testing are used to identify the effects of solute additions on the cluster states after natural ageing and pre-ageing. Tensile testing is used to capture the main mechanical properties: yield strength, tensile strength, strain hardening rate, and uniform elongation. Strain rate sensitivity testing is performed using dynamic strain rate changes to obtain not only the strain rate sensitivity due to rate-change increases (termed up-change), but uniquely, the strain rate sensitivity for rate-change decreases (termed down-change). Finally, using constitutive equations, the mechanical properties are used in combination with finite element modeling to capture the evolution of the strain and strain rate distribution in the evolution and transition of diffuse to local necking. It was found that in the case of natural ageing for one month (NA1m) two cluster types were detected, a less thermally stable species having a high dependency on the Cu and Mg contents, and a more thermally stable species being equally sensitive to all solute species. When samples were first pre-aged, then allowed to naturally age for one month (sNA1m) only the more thermally stable cluster species being equally sensitive to all solute additions existed. The formation of these different cluster types dependent on the heat treatment translated into the effects of specific solute additions on the observed mechanical properties. In the NA1m condition, the effects of Cu and Mg additions to the alloy showed the largest increases on the yield strength and strain hardening rate, as compared to Si additions. This is in contrast to the sNA1m condition whereby Cu, Mg, and Si additions all increased the yield strength equally while Cu additions proved to have the strongest effect on increasing the strain hardening rate, followed by the effect of Si additions, while Mg additions did not have an effect. From the strain rate sensitivity tests, an asymmetry between the up-change and down-change tests was observed whereby the down-change strain rate sensitivity was found to be larger than the up-change strain rate sensitivity. Additionally, Si additions were found to increase both the up-change and down-change strain rate sensitivity in both the NA1m and sNA1m conditions. Finally, the application of these mechanical properties to the onset and evolution of the diffuse and local neck demonstrated that increasing the strain hardening exponent delays the onset of diffuse necking, while increasing both the up-change and down-change strain rate sensitivities provides a more uniform strain and strain rate distribution around the neck, permitting the stabilization and propagation of the neck and delaying the onset of local necking. The effect of the up-change strain rate sensitivity was found to be more important than the down-change due to the intensity of the strain rate increase in the interior of the neck occurring over a much smaller area.

L'identification des lois de comportement multi-échelles des matériaux polycristallins est étudiée. Une méthode couplant calculs par léments finis et modèles en champs moyens est développée. La description des interactions entre systèmes de glissement est améliorée par confrontation des réponses expérimentales et issues de la simulation du comportement d'un cuivre OFHC, sous chargements complexes.<br />La localisation de la déformation est analysée grâce à des mesures de champs réalisées, sous microscope électronique à balayage. Une microstructure synthétique tridimensionnelle représentative est développée à partir des cartographies EBSD.<br />Par ailleurs, on effectue la confrontation, sur microstructure périodique, entre plusieurs modèles en champs moyens et les simulations par éléments finis, à l'échelle des états moyens par phase. Le volume élémentaire représentatif est défini aux échelles globales et locales.

L'étude de la plasticité des monocristaux présente un réel intérêt pour la compréhension de la déformation des métaux pendant leur mise en forme. Parmi les causes possibles de la plasticité des monocristaux CFC, le glissement de dislocations est le mécanisme de déformation prépondérant. L'analyse de leurs mouvements (à l'origine de la déformation), de leur accumulation et de leurs interactions (à l'origine de l'écrouissage) est alors nécessaire si l'on souhaite établir des modélisations macroscopiques du comportement mécanique qui aient un sens physique. Une technique d'analyse pertinente est la simulation par la Dynamique des Dislocations Discrètes (DDD), permettant la simulation de la plasticité directement à l'échelle de la dislocation. Ce code, permet de remplacer les techniques expérimentales comme la Microscopie Electronique en Transmission, en donnant accès à la répartition hétérogène des contraintes qui règnent au sein des microstructures de dislocations et qui conditionnent complètement le comportement mécanique. Dans cette thèse, les analyses réalisées en DDD donnent un réel éclairage sur les variables d'état nécessaires à la caractérisation d'une microstructure de dislocations, et à la description mathématiquement de son état physique. Cela permet d'établir une modélisation riche de la plasticité cristalline, apte à rendre compte d'effets d'écrouissage isotropes et cinématiques complexes. La modélisation proposée est adaptée à simuler une large gamme d'amplitudes de déformations plastiques, allant de la fatigue à grand nombre de cycles (ep = 10-5) jusqu'à la traction monotone (ep >100 %) sans nécessité de recalage de paramètres.

La finalité industrielle de ce travail mené sur des aciers de type Hadfield est l'amélioration de la tenue en service des cœurs de voie. Le mémoire comprend quatre parties. La première partie concerne la compréhension de la problématique rencontrée actuellement sur les cœurs de voie en service. La deuxième partie fait le point des connaissances sur les nuances d'acier dans la même gamme que la nuance actuelle (GX120Mn13). On a sélectionné cinq nuances et ces nuances ont fait l'objet d'une étude mécanique et tribologique dans les troisième et quatrième parties. Un montage sur un tribomètre rotatif a été conçu pour réaliser des essais de fatigue de contact en roulement. Un banc d'essai de chocs-glissement a été conçu et mis au point pour imposer aux matériaux des sollicitations proches de celles exercées en service. Au niveau essai mécanique, le comportement en traction et en compression à des vitesses allant jusqu'à 10 s-1 a été étudié. Ces essais ont montré la capacité d'écrouissage extraordinaire de ces aciers austénitiques. Les essais tribologiques de roulement et de chocs glissement ont permis de déterminer les nuances qui présentent la meilleure résistance à l'usure.