A la composition Mg-31 at.% Al, le système Magnésium-Aluminium présente un eutectique dont la microstructure est formée d'une matrice de phase métallique complexe gamma-Mg17Al12 et de fibres de Magnésium. Au cours de la thèse, une série d'alliages Mg-Al eutectiques et hypo-eutectiques a été élaborée par solidification afin d'obtenir des composites in situ à différentes fractions volumiques de phase complexe. Ces alliages constituent un type nouveau de composites à phases métalliques complexes. L'étude du comportement mécanique à l'ambiante révèle la possibilité d'une plasticité de ces composites même pour des fractions volumiques élevées de phase gamma-Mg17Al12, phase très dure mais fragile à l'état massif. A chaud (250°C-350°C), pour tous les composites, le comportement en compression est caractérisé par un pic de contrainte suivi d'un adoucissement prononcé. L'étude microstructurale suggère que, à l'ambiante, la déformation plastique est possible grâce à la microstructure à fine échelle de la phase métallique complexe gamma-Mg17Al12. A chaud, le comportement peut s'interpréter par des mécanismes de recristallisation dynamique et de glissements aux joints de grains. / For a 31 at.% Al content, the Mg-Al system shows a eutectic mixture formed by Mg fibers embedded in a matrix of a complex metallic phase, the gamma-Mg17Al12 phase. During the thesis, eutectic and hypoeutectic Mg-Al alloys have been prepared by solidification to obtain in situ composites with various volume fractions of complex phases. These alloys appear as a new kind of composites containing complex metallic phases. The mechanical behaviour at room temperature shows that plasticity is possible even for high volume fraction of the gamma-Mg17Al12 phase, a phase which is very hard but brittle at room temperature. At high temperature (250°C-350°C), for all composites, compression tests exhibit a stress peak followed by a pronounced softening. Microstructural studies suggest that the room temperature plasticity is related to the fine scale microstructure of the complex metallic phase gamma-Mg17Al12. At high temperature, the mechanical behavior results preferentially from dynamic recrystallisation and grain boundary sliding.

Les alliages de titane β-métastables biocompatibles suscitent un intérêt croissant pour les applications médicales grâce à leur comportement superélastique et/ou effet mémoire de forme, leur excellente résistance à la corrosion et leur bonne aptitude à la déformation à froid. Dans le cadre de cette thèse, un alliage superélastique Ti-26Nb et un alliage à mémoire de forme Ti-24Nb ont été élaborés en creuset froid en semi-lévitation magnétique et ont fait l'objet d'une caractérisation approfondie sur le plan microstructural et mécanique. Les mécanismes de déformation activés lors d'une sollicitation mécanique ont été identifiés pour les deux alliages au moyen d'essais de traction couplés à des mesures in-situ en diffraction des rayons X. Une procédure d'optimisation basée sur des traitements thermo-mécaniques nano-structurants a été développée pour augmenter simultanément la résistance mécanique et la superélasticité tout en conservant un bas module élastique. Un ensemble de propriétés qui conditionne la réussite de la pose d'implant en améliorant la qualité de transfert des contraintes à l'interface os/implant. Les évolutions microstructurales à l'origine de l'optimisation de ces propriétés ont été étudiées par diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission et essais mécaniques. Ce travail se conclut par une introduction à la modélisation micromécanique du comportement du Ti-26Nb. Les caractéristiques cristallographiques de la transformation martensitique ont été déterminées en se basant sur la théorie de Ball et James. L'influence de l'orientation cristallographique sur le comportement mécanique des monocristaux a été étudiée. / Biocompatible metastable β-titanium alloys have attracted much attention for biomedical applications in recent years thanks to their superelastic and/or shape memory behavior, their superior corrosion resistance and their excellent cold workability. In this present study, a superelastic Ti-26Nb alloy and a shape memory Ti-24Nb alloy were produced by the cold crucible levitation melting method. A detailed microstructural and mechanical characterization were performed. The deformation mechanisms occurring during uniaxial deformation were identified for these two alloys by coupling in situ tensile testing with X-ray diffraction measurement. An optimization route based on nanostructuring process was developed in order to enhance both strength and superelasticity while keeping a low elastic modulus. These properties are required to improve the load transfer along the bone/implant interface which is essential to the success of implants. The microstructural evolution during the thermomechanical process resulting in the optimization of properties was investigated through tensile tests, X-ray diffraction and transmission electron microcopy. The last part of this study deals with an introduction of micromechanical modeling of the Ti-26Nb behavior. The crystallographic features of the martensitic transformation were determined by applying the Ball and James theory. The influence of the crystallographic orientation on the mechanical response was investigated for tension and compression.

Il existe actuellement une demande croissante pour le développement de méthodes expérimentales rapides et fiables permettant d'estimer la résistance à la fatigue dans le domaine de la fatigue à grands nombres de cycles. En ce sens, la fatigue ultrasonique apparue dans les années cinquante est très intéressante pour les industriels. En effet, la fréquence typique de ces essais est de 20 kHz ce qui permet d'atteindre le domaine des très grandes durées de vie en des temps d'essais raisonnables (109 cycles sont atteints en 14 h). Cependant ces essais posent le problème de l'effet de la fréquence et plus généralement de la validité des résultats obtenus pour estimer la durée de vie de structures chargées à des fréquences très inférieures à 20 kHz. L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet de la fréquence du chargement sur les mécanismes précurseurs de l'initiation de fissures et plus précisément sur les mécanismes de microplasticité à l'échelle du grain. Ce travail de thèse s’intéresse au cas du cuivre pur polycristallin sollicité en traction-compression alternée et symétrique. Pour mettre en évidence un effet de la fréquence, les courbes de Wöhler ont été construites à différentes fréquences. L’étude s’est ensuite focalisée sur les mécanismes de microplasticité précurseurs de l’initiation de fissures et plusieurs critères ont été examinés : les morphologies des bandes de glissement et leurs positions en lien avec la microstructure, les seuils d’apparition des bandes de glissement, le développement de ces bandes avec le nombre de cycles, la répartition de la microplasticité dans les grains, les valeurs d’énergie dissipée au cours d’un cycle. Le glissement dévié et la production-diffusion de lacunes sont deux mécanismes qui interviennent dans la formation des bandes de glissement et des extrusions en surface. Leurs rôles respectifs sur les effets de fréquence observés sont discutés. / Nowadays there is a growing demand for the development of fast and robust fatigue life prediction methods in the very high cycle fatigue domain. In this way, ultrasonic fatigue technique which appeared in 1950 is very interesting for manufacturers. Because the typical frequency of these tests is 20 kHz, this technique is efficient to perform tests up to a very high number of cycles in a reasonable time (109 cycles are reached in 14 h). However, the frequency domain of these fatigue tests facilities raises the issue of the effect of frequency and more generally the validity of the obtained results for estimating fatigue life of structures loaded at frequencies three or four order of magnitude below ultrasonic frequencies. The objective of this work is to evaluate the effect of the loading frequency on the precursors of fatigue damage, namely the microplasticity at the grain scale. This thesis work deals with the case of polycrystalline pure copper loaded in fully reversed tensioncompression. To show the effect of frequency, the Wöhler or S-N curves were constructed at different frequencies. Then, the study focused on the mechanisms of microplasticity preceding crack initiation and several criteria were investigated: the morphologies of the slip bands and their locations in the microstructure, the thresholds of appearance of the slip bands, the evolution of the slip bands amount with the number of cycles, the distribution of the microplasticity in the grains, the dissipated energy during a fatigue cycle. Cross slip and vacancies production and diffusion are two mechanisms which play a part in the formation of slip bands and extrusions in surface. Their respective roles on the effects of frequency observed are discussed

Les mousses fragiles font aujourd'hui partie des nouveaux matériaux très performants dont le procédé de fabrication permet un contrôle précis de la microstructure finale. De nouveaux débouchés apparaissent dans des applications structurales (absorption de choc, allègement des structures) en raison de leur excellente tenue mécanique alliée à une grande légèreté. Dans les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse, une mousse carbone à cellules ouvertes a été étudiée dans le but d'être utilisée pour assurer la protection des capots de protection d'emballages. Le comportement mécanique en compression a été caractérisé sous des sollicitations uniaxiales et multiaxiales. La surface de charge de la mousse ainsi que son évolution au cours du chargement ont été identifiés. Les principales propriétés mécaniques ont été évaluées et certaines d'entre elles ont été corrélées avec celles prédites par le modèle micro-mécanique de Gibson et Ashby développé pour les mousses fragiles. Grâce aux observations post-mortem sous microscope électronique à balayage et en micro-tomographie aux rayons X, les mécanismes de déformation et d'absorption d'énergie ont été également caractérisés. Pour modéliser le comportement multiaxial en compression de la mousse carbone, considérée comme un milieu continu homogène et isotrope, le modèle de Deshpande et Fleck (DF) a été adopté et adapté. Ce modèle a été implanté dans le code éléments finis LS-DYNA. Il a été identifié et validé sur l'ensemble des essais triaxiaux disponibles ainsi que sur des essais d'écrasement de mini-structure. Le comportement macroscopique global, obtenu à l'aide de simulations numériques, est prédit de manière satisfaisante. Il sera amélioré par la suite pour prendre en compte certains aspects non décrits actuellement. / Due to improvements in the manufacturing process that allow a better control of their microstructure, brittle foams are now part of the new efficient materials. New markets in the field of structural applications open up thanks to their excellent mechanical properties combined with light weight.In this study, a carbon foam with open cells has been studied in order to be used as shock absorber in packagings. Its compressive mechanical behavior has been characterized under various uniaxial and multiaxial loadings. The carbon foam yield surface and its evolution during loading have been identified. The main mechanical properties have been evaluated and some of them have been correlated with those predicted by the Gibson and Ashby micromechanical model. The mechanisms of deformation and the energy absorption have been studied using post-mortem observations by scanning electron microscopy (SEM) and X-Ray microtomography.The Deshpande and Fleck model (DF) has been adopted and slightly modified to model the compressive multiaxial behavior of the carbon foam. The latter is considered as an homogeneous continuum medium. The constitutive equations have been implemented in the finite element code LS-DYNA via a Umat routine. The model parameters have been identified and the model estimations validated on available triaxial tests as well as on crushing tests made on micro-structures. Numerical simulations are relevant on predicting the global macroscopic behavior. Nevertheless, the mechanical model needs to be improved to better account for some phenomena not currently described.

Les durées de vie classiques des pièces en aéronautique sont de plusieurs dizaines d’années. Cependant, certaines applications en marge impliquent des durées de vie bien plus courtes, sans réparation ou récupération des pièces. Les modèles de conception classiques doivent être adaptés et la démarche du choix matériau se faire « au juste besoin », autorisant l’utilisation des matériaux aux conditions limites de leur intégrité. Afin d’estimer ces limites, la caractérisation à plus hautes températures d’alliages existants est entreprise. C’est dans cette optique que se placent les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit. L’alliage étudié est le Ti-6Al-4V (TA6V) forgé qui possède à l’issu du traitement thermomécanique une microstructure duplex. Il est actuellement l’alliage de titane le plus couramment utilisé en aéronautique et son utilisation est généralement limitée aux environs de 350°C pour des durées de vie classiques. Dans le but d’utiliser cet alliage pendant une dizaine d’heure, l’étude menée consiste à caractériser le TA6V de 20°C à 600°C. La caractérisation se centre, dans un premier temps, sur l’état métallurgique de la matière initiale issue du galet forgé et sur sa stabilité en température. Ensuite, le comportement mécanique du TA6V est étudié de 20°C à 600°C en traction, mettant en évidence une sensibilité de la contrainte d’écoulement à la vitesse de déformation dépendant de la température. Ce comportement est mis en lien avec le phénomène de vieillissement dynamique. La caractérisation du comportement mécanique est poursuivie par une campagne étendue de fluage de 20°C à 600°C pour différents niveaux de contraintes (de 0,3 à 1 fois la limite d’élasticité en traction). Ces essais montrent différents comportements en fonction de la température. La matière déformée en traction et en fluage est analysée en microscopie électronique en transmission afin d’apporter des informations sur les mécanismes de déformation gouvernant les différents comportements de l’alliage. Les campagnes de caractérisation en traction et en fluage ont permis d’établir un modèle de comportement viscoplastique du TA6V de 20°C à 600°C validé par l’ajustement des résultats obtenus à l’issue d’essais thermomécaniques complexes avec la simulation de ces essais par éléments finis. La corrélation des résultats en traction et en fluage et la détermination des mécanismes de déformation conduit à une discussion sur le comportement viscoplastique du TA6V, pour finalement aboutir à une proposition de modélisation du fluage du TA6V de 20°C à 600°C. Le modèle permet de reproduire qualitativement des courbes de fluage à partir de la sensibilité à la vitesse de déformation mesurée au cours d’essais de traction. / Classical life time of aeronautic parts lasts several decades. However, for some special applications with short life time and without repairs or recovery of parts, material design is tailored “close to real needs”. This justifies characterization at higher temperatures of well-known alloys and not developing new alloys. The study presented in this manuscript is included within this frame of short life applications. Forged Ti-6Al-4V (Ti-64) alloy with a bimodal microstructure is the most common titanium alloy in aeronautic and is usually limited below 350°C applications during classical life time. In order to use this alloy during a ten hour application, this thesis consists in characterizing Ti-64 from 20°C to 600°C. In a first time, characterization is focused on initial metallurgical state coming from a forged billet and on its thermal stability. Then, mechanical behavior of Ti-64 is studied by tensile testing from 20°C to 600°C, highlighting strain rate sensitivity (SRS) of flow stress. SRS is depending on temperature. This dependency is usually due to dynamic strain ageing phenomenon. Mechanical behavior characterization continues with creep testing from 20°C to 600°C for several stress levels (from 0.3 to 1 time yield stress values). Different behaviors versus temperature are revealed. Deformed samples by tensile testing and creep testing are analyzed by transmission electronic microscopy to bring information about deformation mechanisms controlling the different behaviors of the alloy. Thanks to tensile and creep testing, a viscoplastic modeling of Ti-64 from 20°C to 600°C has been performed and validated by fitting results from complex thermo mechanical tests with finite elements simulations. Comparison of mechanical behavior with deformation mechanisms leads to a discussion about viscoplasticity of Ti-64, and finally results in a proposal modeling creep behavior of Ti-64 from 20°C to 600°C. The model is able to estimate qualitatively creep curves using strain rate sensitivity measured during tensile tests.

L'étude du fonctionnement et de la structure des grandes zones de cisaillement, ainsi que de leur évolution dans l'espace et dans le temps est primordiale car elles accommodent la majeure partie de la déformation dans la croûte intermédiaire, la croûte inférieure et également dans le manteau supérieur. La zone de cisaillement du Mertz (MSZ ; longitude 145°Est, Antarctique) s’est révélée être un objet clé pour étudier la localisation de la déformation. La MSZ se situe sur la bordure Est du craton néoarchéen-paléoprotérozoïque de Terre Adélie (TAC) et le sépare d'un domaine granitique Paléozoïque à l'Est. Les études précédentes suggèrent que cette structure décrochante représente la continuité de la zone de cisaillement de Kalinjala (KSZ, Sud de l'Australie) avant l'ouverture de l'océan Austral. Les roches à l'affleurement indiquent que cette structure a été formée dans la croûte intermédiaire en contexte transpressif dextre à 1.7 Ga. La structure de la MSZ a été étudiée depuis l'échelle du terrain jusqu'à l'échelle du micromètre. L'analyse des structures de terrain indique que la déformation paléoprotérozoïque est principalement accommodée par des zones de cisaillement localisées qui sont extrêmement anastomosées au niveau de la MSZ et qui deviennent plus éparses au sein du TAC. Les microstructures et les orientations préférentielles de réseau (OPR) des minéraux (quartz, feldspaths, biotite, amphibole et orthopyroxène) de la MSZ montrent des caractéristiques communes interprétables en terme de conditions, de cinématique et de régime de la déformation qui se distinguent de celles observées dans les boudins tectonique du TAC. Ces derniers montrent, quant à eux, des microstructures et OPR qui révèlent une variété de mécanismes de déformation développés lors de leur formation à 2.5 Ga.L'étude sismologique (fonctions récepteurs et anisotropie des ondes SKS) permet d'apporter de nouvelles données pour la cartographie des structures profondes de la MSZ, du TAC et du domine paléozoïque. Les résultats des fonctions récepteurs indiquent que la croûte est épaisse d'environ 40 à 44 km sous le TAC, 36 km à l'aplomb de la MSZ et 28 km dans le domaine paléozoïque à l'Est. L'analyse de l'anisotropie des ondes SKS suggère que la structuration du manteau sous le craton (ϕ≈N90°E, δt=0,8-1,6s) est différente de celle sous le domaine paléozoïque (ϕ≈N60°E, δt=0,6s). Ainsi, la MSZ constitue la frontière entre ces deux lithosphères ayant des épaisseurs crustales et une structuration du manteau différentes. Enfin, l'étude géochronologique (U-Pb sur zircons et monazites) révèle que le socle du domaine à l'Est de la MSZ présente des âges et une histoire géodynamique différents du TAC. Les âges hérités archéens et paléoprotérozoïques sont similaires à ceux des terrains situés à l'Est de la KSZ au Sud de l'Australie, confirmant ainsi la connexion entre les zones de cisaillement du Mertz et de Kalinjala. De plus, les âges paléozoïques des zircons hérités et métamorphiques et la position géographique des affleurements à l'ouest de la chaîne Transantarctique suggèrent que les échantillons étudiés sont issus d'une marge passive anté-Gondwana formée au sein d'un bassin arrière arc ouvert dans la croûte continentale juste avant la collision de Ross à ≈514-505 Ma.Ainsi, cette étude permet de préciser l'évolution géodynamique à l'Est de la MSZ, et d'apporter de nouveaux éléments pour la connexion avec les terrains du Sud de l'Australie. Par ailleurs, cette thèse souligne l'importance de l'héritage tectonique dans le développement des zones de cisaillement avec, dans le cas de la MSZ, la présence de structures héritées archéennes, ainsi que des processus de localisation de la déformation au sein des lithosphères cratoniques au moins depuis le Paléoprotérozoïque / The study of the behavior and the structure of large shear zones, as well as their evolution in space and times is essential because shear zones accommodate the main deformation in intermediate and deep crust as well as in the mantle.The Mertz shear zone (MSZ; longitude 145°East, Antarctica) is a key target for the study of the deformation localization. The MSZ is located on the eastern boundary of the Neoarchean to Paleoproterozoic Terre Adélie craton (TAC) and it separates the TAC from a Paleozoic granitic domain to the east. Previous studies suggest that this strike slip structure was probably continuous with the Kalinjala shear zone (KSZ, South Australia) before the opening of the Southern Ocean. Outcrops indicate that the MSZ was formed in the intermediate crust during a transpressive event at 1.7 Ga. The structure of the MSZ was studied from terrain to micrometric scales. The field structural study shows that the Paleoproterozoic deformation is mainly accommodated by localized shear zones that are extremely anastomosed at the MSZ and become more scattered elsewhere in the TAC. Microstructures and crystallographic preferred orientation (CPO) of minerals (quartz, feldspaths, biotite, amphibole and orthopyroxene) of the MSZ indicate similar characteristics that can be interpreted in terms of conditions, cinematic and rate of deformation, which are distinct from those of the the tectonic boudins from the TAC. These tectonic boudins reveal microstructures and CPO including a large variety of mechanisms of deformation developed during their formation at 2.5 Ga. The seismological study (receiver functions and SKS-waves anisotropy) permits the characterization of the deep structure on the MSZ area. Receiver functions results show that crustal thickness is about 40 to 44km in the TAC, 36km above the MSZ and 28km in the Paleozoic domain to the east. Analysis of SKS-waves anisotropy suggests that the mantle structures below the craton (ϕ≈N90°E, δt=0,8-1,6s) are different from the ones below the Paleozoic domain (ϕ≈N60°E, δt=0,6s). Thus, the MSZ constitutes the boundary between two lithospheres with distinct crustal thicknesses and mantle structures. The geochronological study (U-Pb dating on zircon and monazite) reveals that the basement of the domain located to the east of the MSZ has a different age and geodynamical story than the TAC. Inherited Archean and Paleoproterozoic ages are similar to those of the terrains located to the east of the KSZ in South Australia that confirms the connection between the Mertz and Kalinjala shear zones. Moreover, the inherited and metamorphic Paleozoic zircon ages as well as the geographic location of the outcrops west of the Transantarctic mountains suggest that studied samples are derived from a pre-Gondwana passive margin formed in a back-arc basin opened in the continental crust just before the Ross orogeny at ≈514-505Ma.This multi-scale approach thus permits precise the geodynamic evolution of the region located east of the MSZ and provide new elements for Australia-Antarctica connection. Moreover, this thesis highlights the importance of tectonic inheritance in the development of shear zones (with the presence of archean inherited structures in the case of the MSZ), as well as localization processes in cratonic lithospheres from at least the Paleoproterozoic times

L’entraînement par application d’un champ externe s'est révélé être un moyen efficace d'améliorer la déformation induite par champ magnétique (Magnetic-Field-Induced Strain MFIS) dans les alliages Heusler de type Ni-Mn-Ga, en éliminant les variantes défavorables. Pour guider la procédure de l’entraînement, les mécanismes de l’entraînement des alliages à martensite 5M ou NM ont été étudiés, alors que ceux des alliages à martensite 7M ne sont pas entièrement clarifiés. Dans ce travail, les mécanismes de l’entraînement mécanique et thermomécanique ont été étudiés en analysant l'évolution de la microstructure et de l'orientation cristallographique au cours de ces processus. Tout d'abord, des caractérisations de microstructure et d'orientation cristallographique ont été réalisées dans l'état recuit sur l'alliage Ni50Mn30Ga20 préparé par solidification directionnelle. Cinq colonies transformées à partir d'un grain parent d'austénite ont été observées avec chaque colonie consistant en quatre variantes avec les relations d’orientation de Type-I, Type-II et composé transformation (TrF)-macle rapports. En supposant une charge de compression appliquée le long de la direction de solidification (SD), les cinq colonies pourraient être divisées en deux groupes par rapport au facteur de Schmid (Schmid Factor SF) des systèmes de démaclage de Type-I/Type-II TrF-macle des variantes dans la colonie : trois d'entre eux ont des SF élevés et désignés comme des colonies élevées de SF et les deux autres colonies de SF inférieurs. Ensuite, une compression unidirectionnelle a été effectuée sur l'alliage avec la charge appliquée le long de SD. En caractérisant l'évolution de la microstructure et le changement d'orientation cristallographique, les mécanismes de déformation ont été analysés. La déformation au stade précoce était principalement située dans certaines bandes initiées à partir des colonies de SF élevés et traversant les colonies de SF inférieurs. Le démaclage de Type-II/Type-I TrF-macle s'est produit principalement dans des colonies de SF élevés, ce qui a entraîné l'épaississement des variantes 7M favorables au détriment des variantes adjacentes. Les systèmes de maclage de Type-I/Type-II déformation (DeF)-macle et de réarrangement des variantes dans les colonies de SF inférieurs ont été activés, ce qui a entraîné la formation de nouvelles variantes 7M et NM. Les déformations correspondantes dans les colonies de SF inférieurs sont fortement coordonnées avec celles des colonies de SF élevés permettant la formation des bandes de déformation et l'accommodation de la déformation macroscopique. Au cours du stade avancé, le maclage de Type-I/Type-II DeF-macle et le réarrangement ont progressé pour coordonner la déformation macroscopique. Le processus de réarrangement inverse a été activé pour accommoder la déformation locale. Les nombres de colonies et de variantes sont considérablement réduits. Le chemin et le produit de la transformation martensitique ont également été fortement influencés par la déformation macroscopique imposée. Sous une petite charge, l'austénite transformée en martensite 5M suit à la fois l’OR Pitsch et une nouvelle OR plutôt que le martensite 7M auto-accommodée sous l’OR Pitsch. Avec l'augmentation de la charge appliquée, l'austénite s'est transformée presque simultanément en martensite 7M sous une nouvelle OR et en martensite 5M. Après la transformation martensitique, 5M s’est ensuite transformé en martensite 7M avec la diminution de la température sous la charge appliquée. La transformation martensitique a été modifiée par la contrainte externe en termes de produit de la transformation et de chemin de transformation pour accommoder la déformation macroscopique imposée. Ce travail offre de nouvelles idées sur les mécanismes de déformation des alliages Ni-Mn-Ga [...] / External field training is proven to be an effective way to improve the magnetic-field-induced strain (MFIS) in Ni-Mn-Ga Heusler type alloys by eliminating the unfavorable variants. To guide the training procedure, the training mechanisms of alloys with 5M or NM martensite have been investigated, whereas those for alloys with 7M martensite are not fully clarified. In this work, the mechanisms of mechanical and thermo-mechanical training were studied by analyzing the microstructure and crystallographic orientation evolution during these processes.Firstly, microstructure and crystallographic characterizations were performed on the as-annealed Ni50Mn30Ga20 alloy. 5 colonies transformed from one parent austenite grain were observed with each colony consisting of four variants with Type-I, Type-II and compound Transformation (TrF)-twin relations. By assuming an applied compressive load along the solidification direction (SD), 5 colonies could be divided into two groups with respect of the Schmid factor (SF) of detwinning systems of Type-I/Type-II TrF-twin of the in-colony variants: three of them have high SF and referred to as high SF colonies and the other two low SF colonies.Then unidirectional compression was performed on the alloy with the load applied along the SD. By characterizing the microstructure evolution and crystallographic orientation change, the deformation mechanisms were analyzed. The deformation in the early stage was mainly located in some band regions initiated from the high SF colonies and going through the low SF colonies. The detwinning of Type-II/Type-I TrF-twin occurred primarily in high SF colonies, resulting in the thickening of the favorable 7M variants at the expense of the adjacent variants. The twinning of Type-I/Type-II Deformation (DeF)-twin and shuffling systems of the variants in low SF colonies were activated, leading to the formation of new 7M variants and NM. The corresponding strains in the low SF colonies were highly coordinated with those in the high SF colonies allowing the formation of the deformation bands and the accommodation of the macroscopic strain. During the late stage, twinning of Type-I/Type-II DeF-twin and shuffling further progressed to coordinate the macroscopic strain. Reverse shuffling process was activated to accommodate the local deformation. The numbers of colony and variant were greatly reduced.The path and the product of martensitic transformation were also strongly affected by the imposed macroscopic deformation. Under a small load, austenite transformed to 5M martensite following both the Pitsch and a new OR rather than the self-accommodated 7M martensite under the Pitsch OR. With the increase of the applied load, austenite transformed almost simultaneously to 7M martensite under a new OR and 5M martensite. After the martensitic transformation, 5M further transformed to 7M martensite with the decrease of the temperature under the applied load. The martensitic transformation was modified by the external stress in terms of the transformation product and the transformation strain path to accommodate the imposed macroscopic deformation.This work offers new insights into the deformation mechanisms of the Ni-Mn-Ga alloys under unidirectional compression that are useful for the design of effective training procedures and provides new perspectives on further investigations of external field training on Ni-Mn-Ga alloys

Les aciers inoxydables austénitiques métastables sont le siège de différents mécanismes de déformation qui sont à l'origine des propriétés mécaniques qui distinguent ce type d’alliages. Cependant, ces dernières, dépendant de la microstructure locale, sont fortement anisotropes. Par ailleurs, la déformation d'un échantillon massif serait différente de celle obtenue en surface. De ce fait, une étude détaillée trouve tout son intérêt. Le présent travail vise donc à identifier les principaux mécanismes de déformation et de leur évolution progressive, en se basant sur une déformation contrôlée de grains austénitiques individuels par des tests mécaniques de nanoindentation monotoniques et cycliques. Les courbes correspondantes au chargement-déchargement révèlent des informations détaillées sur les propriétés mécaniques sous-jacentes qui pourraient être liées à une étude complète de la structure de déformation en surface et en volume par différentes techniques de caractérisation à une échelle très fine. La déformation en fonction du temps, les phénomènes de transformation de phase réversible sous charge, l'anisotropie cristalline, l'influences de la taille des grains, la transmission de la plasticité et la tenue en fatigue ont été mis en évidence et étudiés / Metastable austenitic stainless steels feature an abundance of different deformation mechanisms, which contribute to the distinguished mechanical properties of these alloys. However, these properties are known to depend on the local microstructure and also are highly anisotropic. Furthermore, deformation is expected to be different for the bulk and the surface of a sample. In this sense, a discrete study is not trivial. The present work aims at investigation of the main deformation mechanisms and their gradual evolution, by employing controlled deformation of individual austenite grains via monotonic and cyclic nanoindentation. The corresponding loading–unloading curves have given extensive information about underlying mechanical properties, which could be related to an exhaustive reconstruction of the deformation substructure, both in surface and bulk, by different small scale characterization techniques. Amongst others, features such as time-dependent deformation, reversible phase transformation under load, crystalline anisotropy and grain size influences, besides plasticity transmission and fatigue behavior have been found and analyzed