Thèse de doctorat d'etat : Physique : Metz : 1986. / 1986METZ023S. 140 ref.

Reproduction de : Thèse de docteur-ingénieur : Sciences des matériaux : Metz : 1971. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliogr.

Thèses (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2002. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse de doctorat : Sciences de l'ingénieur, option Mécanique et matériaux : Metz : 2001. / Thèse : 2001METZ020S. Contient des références bibliogr.

Reproduction de : Thèse de 3e cycle : Physique : Metz : 1972. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliogr.

La plupart des matériaux sont par nature anisotropies (élastiques, plastiques). Ces anisotropies peuvent présenter des directions favorables ou peuvent au contraire détériorer les propriétés mécaniques des polycristaux. Dans le second cas, les anisotropies des propriétés mécaniques entraînent des déformations élastiques, des contraintes internes, ainsi que des rotations élastiques locales supplémentaires. Ces contraintes additionnelles sont à l’origine de dommages locaux, comme par exemple des porosités ou la propagation de microfissures. L’amplitude de ces contraintes est fortement dépendante à la fois de l’alignement des joints de grains avec la direction des sollicitations mécaniques et de la désorientation entre grains. Dans ce travail, l’influence des hétérogénéités microstructurales sur les contraintes internes dans les zones proches des joints de grains après des essais de fatigue (en traction et en flexion) ont été étudiée expérimentalement et théoriquement. Pour cette étude, nous avons choisi d’étudier des tôles de nickel pur et de Fe-3%Si. Ces matériaux sont connus pour leurs facteurs d’anisotropie élastique élevés. L’utilisation d’un microscope optique a permis la détermination de l’alignement des joints de grains. L’orientation cristallographique locale est déterminée par EBSD. Ces données expérimentales sont la base d’un modèle élément fini 3D en élasticité. Ces simulations ont permis la détermination de fortes contraintes internes dans les zones proches des joints de grains. Nous avons d’ailleurs observé expérimentalement que des microfissures apparaissent dans ces zones. L’utilisation d’un microscope électronique à balayage équipé du système ECCI permet d’observer les structures de dislocation formées au cours de la déformation dans les zones proches des joints de grains. Par exemple après un essai de fatigue, on observe que les structures de dislocation ne sont pas uniformément réparties dans les grains. En parallèle, la nano-indentation a été utilisée pour déterminer localement les différences de propriétés mécaniques causées par le durcissement local. Le microscope à force magnétique s’avère également une méthode efficace pour observer les structures de dislocation dans le nickel. Le but de toutes ces caractérisations est de contribuer à la compréhension de la formation des fissures et des mécanismes de propagation de fissure et aussi de prédire la position des fissures / For the case of damaging the anisotropic elastic material behaviour causes additional stresses due to elastic misalignments and the local orientation differences at boundary surfaces. These additional stresses can act as additional driving force for the local damage process. The amount of these additional stresses is strongly dependent on the alignment of the grain boundary with respect to the loading direction and the orientation difference between the two adjacent grains. The influence of microstructural inhomogeneities on the local stresses within the boundary areas during bending and fatigue was investigated by experiments and simulations of Fe-3%Si and Ni specimen. The alignment of the grain boundaries was measured by optical microscopy (LM) and the local crystallographic orientations by electron backscatter diffraction (EBSD). The use of this data for three-dimensional finite element method calculations (FEM) for specimens close to reality obtained as a result, the places with the highest incompatibility stresses at grain boundaries. The use of electron channelling contrast imaging (ECCI) enables to observe characteristics in the dislocation structures at these specific positions and permits to reproduce the damage evolution up to the crack propagation. The nanoindentation technique (NI) and for the first time the magnetic force microscopy (MFM) were both adopted in addition to the local characterization with the objective to contribute to the understandings of crack initiation and crack propagation / Bei der Schädigung bedingen die lokalen Orientierungsunterschiede an Grenzflächen und das anisotrop-elastische Materialverhalten durch elastische Fehlpassungen Zusatzspannungen. Diese können als zusätzliche treibende Kraft für die lokalen Schädigungsvorgänge wirken. Die Stärke der Zusatzspannungen hängt stark von der Lage der Korngrenze in Bezug zur Belastungsrichtung und dem Orientierungsunterschied der angrenzenden Körner ab. Der Einfluss von Inhomogenitäten auf die lokalen Spannungen im Bereich der Grenzflächen bei Biegung und Ermüdung wurde mittels Experimenten und Simulationen an Proben aus Fe-3%Si und Ni untersucht. Die Lage der Korngrenzen wurde durch Lichtmikroskopie (LM) und die lokale kristallographische Orientierung durch Electron Backscatter Diffraction (EBSD) gemessen. Die Nutzung dieser Daten für dreidimensionale Finite-Elemente-Methode-(FEM)-Rechnungen der lokalen Spannungen realitätsnaher Proben ergibt als Ergebnis die Orte mit den höchsten Inkompatibilitätsspannungen an Korngrenzen an. Mittels Electron Channelling Contrast Imaging (ECCI) konnten an diesen Orten Besonderheiten in den Versetzungsstrukturen festgestellt werden, und der Schädigungsverlauf bis zum Risswachstum nachvollzogen werden

Ce travail porte sur l'étude expérimentale et numérique de la fissuration et du cloquage induits par l'hydrogène dans des polycristaux de fer déformés plastiquement. Des essais mécaniques de traction et de cisaillement jusqu’à de grandes déformations plastiques ont été effectués sur le fer Armco, suivis de chargement cathodique en hydrogène. Le cloquage et la fissuration induites ont été caractérisés à différentes échelles, à l’aide de la surfométrie et d’analyses MEB-EBSD. Les résultats montrent la réduction du cloquage avec la déformation plastique et l’influence du mode de chargement mécanique avant chargement en hydrogène sur les caractéristiques des cloques et de la fissuration. Les fissures induites par l’hydrogène sont majoritairement transgranulaires et correspondent statistiquement avec les traces de plans de glissement du fer.Des simulations éléments finis de diffusion-piégeage après différents chargements mécaniques on tété effectuées pour mettre en évidence l’effet de la prédéformation sur la distribution d’hydrogène dans le matériau. Une modélisation phénoménologique de la croissance de pores sous pression interne a été proposée pour mettre en évidence de l’effet du mode de sollicitation sur le cloquage, en corrélation avec les tendances expérimentales. / This work deals with the experimental and numerical study of hydrogen-induced cracking and blistering in pre-strained iron polycrystals. Mechanical tensile and shear tests up to large plastic deformations were performed on Armco iron,followed by cathodic hydrogen charging. The induced blistering and cracking were characterized at different scales, using surfometry and MEB-EBSD analyzes. The results show the reduction of blistering with plastic deformation and the influence of the mechanical loading mode before hydrogen loading on the characteristics of the blisters and cracks. The induced hydrogen cracks are mainly transgranular and correspond statistically with the traces of slip planes or iron. Finite element simulations of hydrogen transport after different mechanical loading were carried out to evidence the effect of pre-straining on the hydrogen distribution in the material. A phenomenological modeling of the pore growth under internal pressure has been proposed to show the effect of the loading mode on the blistering, in correlation with the experimental tendencies.

Les différents travaux de recherche menés dans le cadre de la présente thèse, ont pour objectifs de :(i) comprendre les mécanismes et phénomènes prenant part dans la plasticité des aciers en présence d’une transformation de phases diffusive ou martensitique. (ii) développer des outils de prédiction de TRIP capables d’une part de reproduire correctement cette déformation macroscopique pour des cas de chargements complexes et d’autre part de nous offrir des enseignements sur les interactions élasto-visco-plastiques locales entre phase naissante et phase parente. Pour ce faire, de nouvelles campagnes d'essais TRIP à chargements uni- et bi-axiaux constants ou variables ont été menées sur l'acier 35NCD16 pour une transformation austénitemartensite et l'acier 100C6 pour une transformation austénite-perlite. En complément, des essais de traction-compression et relaxation ont été réalisés pour caractériser les propriétés élastoviscoplastique ssur chacune des 2 phases de l’acier 100C6... / The objectives of this work are: (i) understand the mechanisms and phenomena involved in the plasticity of steels in the presence of a diffusive or martensitic phase transformation. (ii) develop tools for predicting TRIP, which are able to correctly reproduce the macroscopic deformation for cases of complex loading and could also provide information about local elasto-visco-plastic interactions between product and parent phases. To this purpose, new experimental tests are conducted on 35NCD16 steel for austenite tomartensite transformation and on 100C6 steel for austenite to pearlite transformation. The elasto viscoplasticproperties of austenite and pearlite of the 100C6 steel are characterized through tension compression and relaxation tests...

La plupart des solides dans la vie quotidienne, tels que les métaux et les céramiques, sont des systèmes cristallins dans lesquels les atomes ou molécules sont arrangés sur une structure périodique. Les solides cristallins sont rarement composés d'un cristal unique, mais sont en général des systèmes polycristallins formés par un grand nombre de grains cristallins avec une même structure cristalline, mais différente orientation. On appelle joints de grain (JG) les réseaux 2D de défauts qui séparent deux grains d'orientation différente. Les polycristaux jouent un rôle important en science et technologie et une connaissance complète de leurs propriétés mécaniques est de grand intérêt. La plasticité des polycristaux est liée à leur microstructure, mais les mécanismes qui régissent leur comportement plastique sont encore mal compris, en partie du fait de limitations techniques pour les systèmes atomiques. D'autre part, les colloïdes, dont l'étude expérimentale est souvent plus aisée que celle des systèmes atomiques, du fait de temps et taille caractéristiques plus grands, sont souvent considérés comme des systèmes modèles pour les atomes. L'objectif de la thèse est l'étude des propriétés mécaniques d'un polycristal colloïdal formé par une suspension aqueuse d'un copolymère tribloc commercial (Pluronic F108), dopé par une faible quantité de nanoparticules (NPs). Le polymère présente une phase micellaire cristalline pour une gamme de température et de concentration. De manière similaire à ce qui est fait couramment pour les systèmes atomiques, on peut contrôler le taux de cristallisation en faisant varier la vitesse à laquelle l'échantillon est porté de la phase liquide à basse température (T ~ 0°C) à la phase micellaire cristalline à température ambiante. Une caractéristique importante est que la taille des grains peut être facilement contrôlée en faisant varier la vitesse d'augmentation de la température ou la concentration en NPs. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la structure du polycristal par diffusion de neutrons (SANS) et de lumière. Les mesures par SANS ont permis de sonder la structure du polycristal à l'échelle du nanomètre, i.e. sur des échelles de longueur comparable à celle des micelles et des NPs. Nous avons constaté que la structure cristalline micellaire est conservée indépendamment de l'histoire thermique de l'échantillon et de la concentration en NPs. De plus, nous avons montré que la distribution des NPs dans l'échantillon est hétérogène: les grains sont pauvres en NPs alors que les JG sont enrichies en NPs. Par conséquent, les NPs ségrégent dans les JG et et jouent un rôle analogue aux impuretés dans les cristaux atomiques. En outre, en raison de leur ségrégation, les NPs sont structurées sur une échelle de longueur beaucoup plus grande que leur taille. Nous avons étudié la structure mésoscopique des NPs par diffusion statique de la lumière, grâce à un appareil de diffusion de la lumière (MALS) spécialement construit pour accéder à la plage correcte de vecteurs d'onde. D'autre part, afin d'étudier les propriétés mécaniques des polycristaux, des mesures de diffusion dynamique de la lumière ont été réalisée dans la configuration MALS sur un échantillon soumis à des déformations de cisaillement cycliques. Dans la configuration MALS, l'intensité diffusée étant dominée par les NPs dans les JG, la technique permet de sonder la dynamique du réseau de JG induite par le cisaillement. Expérimentalement, on calcule la corrélation de l'intensité diffusée mesurée après un nombre donné de cycles de déformation. Les données montrent systématiquement une décroissance de la corrélation après un nombre caractéristique de cycles, démontrant ainsi l'existence de plasticité dans les échantillons. À l'avenir, des échantillons avec des tailles de grain différentes seront étudiés. De telles expériences pourraient faire la lumière sur les liens entre plasticité d'un polycristal colloïdal et microstructure. / Most everyday life solids, such as metals and ceramics, are crystalline systems in which atoms or molecules are arranged in a regular periodic structure. Crystalline solids are rarely composed of one single crystal, but are usually polycrystalline systems made of a large number of crystalline regions (grains), which share a common crystal structure, but with different lattice orientations. The interfaces where crystallites meet are denoted as grain boundaries (GBs). Polycrystalline materials play an important role in science and technology and a complete knowledge of their mechanical properties, including their elasticity and plasticity, is of great interest. It is well known that the plasticity of polycrystals is related to their microstructure, but the mechanism governing the plastic behavior is still poorly understood, partly because of the limits of experimental techniques and simulations for atomic polycrystals. On the other hand, colloids are often regarded as model systems for atoms, since many of the forces governing the behavior of condensed matter govern also that of colloidal suspensions, whose experimental study is often easier than that of atomic systems because of the larger characteristic time- and length-scales. In particular, colloidal crystalline systems can be used to investigate mechanical properties of polycrystals. The aim of the PhD thesis is the investigation of the mechanical properties of a colloidal polycristal formed by an aqueous suspension of a commercial triblock copolymer called Pluronic F108, doped with a small amount of nanoparticles (NPs). The polymer presents a micellar crystalline phase for a given range of temperature and concentration. Similarly to what is commonly done for atomic systems, we can control the crystallization rate by varying the speed at which the sample is brought from the fluid, at low temperature (T ~ 0°C), to the crystal phase at room temperature. An important characteristic of our system is that the grain size can be easily tuned by changing the temperature rate or the nanoparticles concentration. We have first characterized the structure of the Pluronic polycrystal using neutron (SANS) and light scattering. The SANS measurements have permitted to investigate the (doped) Pluronic polycrystal at nanometer length scale, i.e. at the length scale of the micelles and nanoparticles. We have found that the micellar crystal structure is preserved independently of the thermal history of the sample and the amount of added nanoparticles. Moreover, we have shown that the NPs distribution into the sample is heterogeneous: grains are poor in NPs whereas GBs are enriched in NPs. Hence, NPs segregate into the GBs as impurities in atomic crystals. In addition, because of their segregation in the GBs, NPs form structures on a length scale much larger than their size, that we have investigated with static light scattering, thanks to a novel light scattering apparatus (MALS) specifically built to access the correct range of wave-vectors. On the other hand, in order to investigate the mechanical properties of the Pluronic crystal, dynamic light scattering measurements have been performed with the MALS setup on the Pluronic polycrystal submitted to cyclic shear deformations. Since, in the range of wave-vectors covered by the MALS apparatus, the scattered intensity is dominated by the NPs segregated in the GBs, the techniques allows the shear-induced dynamics of the GB network to be probed. Experimentally, one computes the correlation of the scattered intensity measured after a given number of shear deformation cycles. Data systematically show that the correlation decays after a characteristic number of cycles, demonstrating the existence of plasticity. In future, samples with different grain size will be investigated with this technique. Such experiments could shed light on how the plasticity of a colloidal polycrystal is related to its polycrystalline microstructure.

Les différents travaux de recherche menés dans le cadre de la présente thèse, ont pour objectifs de :(i) comprendre les mécanismes et phénomènes prenant part dans la plasticité des aciers en présence d'une transformation de phases diffusive ou martensitique. (ii) développer des outils de prédiction de TRIP capables d'une part de reproduire correctement cette déformation macroscopique pour des cas de chargements complexes et d'autre part de nous offrir des enseignements sur les interactions élasto-visco-plastiques locales entre phase naissante et phase parente. Pour ce faire, de nouvelles campagnes d'essais TRIP à chargements uni- et bi-axiaux constants ou variables ont été menées sur l'acier 35NCD16 pour une transformation austénitemartensite et l'acier 100C6 pour une transformation austénite-perlite. En complément, des essais de traction-compression et relaxation ont été réalisés pour caractériser les propriétés élastoviscoplastique ssur chacune des 2 phases de l'acier 100C6...