Etude des mecanismes controlant la deformation du magnesium a chaud, A study of the mechanisms controlling the plastic deformation of magnesium at high temperature

Adrien Chapuis

Description

Sous la direction de Julian Driver
Thèse soutenue le 18 octobre 2010: Ecole nationale supérieure des mines - Saint-Etienne
Le magnésium et ses alliages sont de plus en plus utilisés dans les transports pour leur faible densité (1,7), et on cherche à les utiliser sous la forme corroyée. De structure hexagonale compact, le magnésium est très anisotrope et faiblement ductile à froid. La déformation est contrôlée par l'activation de systèmes de glissement et de maclage, seuls le glissement basal et le maclage de traction sont actifs à froid, alors qu'à chaud sont activés les glissements prismatique et pyramidal , et le maclage de compression. Nous avons élaboré des monocristaux de magnésium pur de différentes orientations pour mesurer les contraintes de cission résolues critique (CRSS) des différents systèmes par des essais de compression plane à des températures allant de l'ambiante à 450°C. En parallèle nous avons développé un code de plasticité cristalline pour modéliser la déformation de cristaux contraints, ce programme est basée sur la loi de Schmid et le principe du travail maximum, ce qui permet de prédire les systèmes de déformation activés et la contrainte nécessaire, en fonction des CRSS. Nous avons aussi testé le modèle pour prédire le comportement de l’alliage polycristallin AZ31.
-Magnésium
-Crss
-Modélisation
Magnesium and its alloys are increasingly used in the transport industry for their low density (1.7), and ideally could be used after plastic shaping. Due to the hcp structure, magnesium is very anisotropic and exhibits low ductility at room temperature. Strain is controlled by the activation of slip and twinning mechanisms, and only basal slip and tensile twinning operate at RT, whereas at high temperature prismatic and pyramidal slip, and compressive twinning are active. Pure magnesium single crystals were produced with different orientations to measure the critical resolved shear stresses (CRSS) of the different deformation mechanisms, by channel-die compression from RT to 450°C. In parallel we developed a crystal plasticity model to simulate the deformation of constrained crystals, this model is based on the Schmid law and the principle of maximum work. The model enables the prediction of activated deformation mechanisms and the stress as a function of the CRSS. We have also used the model to predict the behaviour of a polycrystalline alloy AZ31.
-Magnesium
-Crss
-Modeling
Source: http://www.theses.fr/2010EMSE0580/document

Sujets

• Magnésium
• Modélisation

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 72
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 28 Mo

Extrait

NNT : 2010 EMSE 0580

THÈSE
présentée par

Adrien CHAPUIS

pour obtenir le grade de
Docteur de l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
Spécialité : Sciences et génie des Matériaux

ETUDE DES MECANISMES CONTROLANT LA DEFORMATION DU
MAGNESIUM A CHAUD




soutenue à Saint-Etienne, le 18 octobre 2010

Membres du jury

Président : Jean-Jacques BLANDIN Directeur de Recherche, SIMAP, INP Grenoble
Rapporteurs : Bevis HUTCHINSON Professeur, SWEREA-KIMAB, Stockholm
Francis Wagner Professeur, LETAM, Metz
Examinateur : Nadine SPATH Ingénieur, SNECMA, Gennevilliers
Directeur de thèse : Julian DRIVER Directeur de Recherche, ENSM Saint-Etienne
Spécialités doctorales : Responsables :
SCIENCES ET GENIE DES MATERIAUX J. DRIVER Directeur de recherche – Centre SMS
MECANIQUE ET INGENIERIE A. VAUTRIN Professeur – Centre SMS
GENIE DES PROCEDES G. THOMAS Professeur – Centre SPIN
SCIENCES DE LA TERRE B. GUY Maître de recherche – Centre SPIN
SCIENCES ET GENIE DE L’ENVIRONNEMENT J. BOURGOIS Professeur – Centre SITE
MATHEMATIQUES APPLIQUEES E. TOUBOUL Ingénieur – Centre G2I
INFORMATIQUE O. BOISSIER Professeur – Centre G2I
IMAGE, VISION, SIGNAL JC. PINOLI Professeur – Centre CIS
GENIE INDUSTRIEL P. BURLAT Professeur – Centre G2I
MICROELECTRONIQUE Ph. COLLOT Professeur – Centre CMP

Enseignants-chercheurs et chercheurs autorisés à diriger des thèses de doctorat (titulaires d’un doctorat d’État ou d’une HDR)
AVRIL Stéphane MA Mécanique & Ingénierie CIS
BATTON-HUBERT Mireille MA Sciences & Génie de l'Environnement SITE
BENABEN Patrick PR 1 Sciences & Génie des Matériaux CMP
BERNACHE-ASSOLLANT Didier PR 0 Génie des Procédés CIS
BIGOT Jean-Pierre MR Génie des Procédés SPIN
BILAL Essaïd DR Sciences de la Terre SPIN
BOISSIER Olivier PR 1 Informatique G2I
BORBELY Andras MR Sciences et Génie des Matériaux SMS
BOUCHER Xavier MA Génie Industriel G2I
BOUDAREL Marie-Reine PR 2 Génie Industriel DF
BOURGOIS Jacques PR 0 Sciences & Génie de l'Environnement SITE
BRODHAG Christian DR Sciences & Génie de l'Environnement SITE
BURLAT Patrick PR 2 Génie industriel G2I
COLLOT Philippe PR 1 Microélectronique CMP
COURNIL Michel PR 0 Génie des Procédés SPIN
DAUZERE-PERES Stéphane PR 1 Génie industriel CMP
DARRIEULAT Michel IGM Sciences & Génie des Matériaux SMS
DECHOMETS Roland PR 1 Sciences & Génie de l'Environnement SITE
DESRAYAUD Christophe MA Mécanique & Ingénierie SMS
DELAFOSSE David PR 1 Sciences & Génie des Matériaux SMS
DOLGUI Alexandre PR 1 Génie Industriel G2I
DRAPIER Sylvain PR 2 Mécanique & Ingénierie SMS
DRIVER Julian DR 0 Sciences & Génie des Matériaux SMS
FEILLET Dominique PR 2 Génie Industriel CMP
FOREST Bernard PR 1 Sciences & Génie des Matériaux CIS
FORMISYN Pascal PR 1 Sciences & Génie de l'Environnement SITE
FORTUNIER Roland PR 1 Sciences & Génie des Matériaux SMS
FRACZKIEWICZ Anna DR Sciences & Génie des Matériaux SMS
GARCIA Daniel MR Génie des Procédés SPIN
GIRARDOT Jean-Jacques MR Informatique G2I
GOEURIOT Dominique MR Sciences & Génie des Matériaux SMS
GRAILLOT Didier DR Sciences & Génie de l'Environnement SITE
GROSSEAU Philippe MR Génie des Procédés SPIN
GRUY Frédéric MR Génie des Procédés SPIN
GUY Bernard MR Sciences de la Terre SPIN
GUYONNET René DR Génie des Procédés SPIN
HERRI Jean-Michel PR 2 Génie des Procédés SPIN
INAL Karim PR 2 Microélectronique CMP
KLÖCKER Helmut DR Sciences & Génie des Matériaux SMS
LAFOREST Valérie CR Sciences & Génie de l'Environnement SITE
LERICHE Rodolphe CR CNRS Mécanique et Ingénierie SMS
LI Jean-Michel EC (CCI MP) Microélectronique CMP
LONDICHE Henry MR Sciences & Génie de l'Environnement SITE
MALLIARAS George Grégory PR 1 Microélectronique CMP
MOLIMARD Jérôme MA Mécanique et Ingénierie SMS
MONTHEILLET Frank DR 1 CNRS Sciences & Génie des Matériaux SMS
PERIER-CAMBY Laurent PR 2 Génie des Procédés SPIN
PIJOLAT Christophe PR 1 Génie des Procédés SPIN
PIJOLAT Michèle PR 1 Génie des Procédés SPIN
PINOLI Jean-Charles PR 0 Image, Vision, Signal CIS
STOLARZ Jacques CR Sciences & Génie des Matériaux SMS
SZAFNICKI Konrad MR Sciences & Génie de l'Environnement SITE
THOMAS Gérard PR 0 Génie des Procédés SPIN
TRIA Assia Microélectronique CMP
VALDIVIESO François MA Sciences & Génie des Matériaux SMS
VAUTRIN Alain PR 0 Mécanique & Ingénierie SMS
VIRICELLE Jean-Paul MR Génie des procédés SPIN
WOLSKI Krzysztof DR Sciences & Génie des Matériaux SMS
XIE Xiaolan PR 1 Génie industriel CIS

Glossaire : Centres :
PR 0 Professeur classe exceptionnelle SMS Sciences des Matériaux et des Structures
èrePR 1 Professeur 1 catégorie SPIN Sciences des Processus Industriels et Naturels
ème
PR 2 Professeur 2 catégorie SITE Sciences Information et Technologies pour l’Environnement
MA(MDC) Maître assistant G2I Génie Industriel et Informatique
DR Directeur de recherche CMP Centre de Microélectronique de Provence
Ing. Ingénieur CIS Centre Ingénierie et Santé
MR(DR2) Maître de recherche
CR Chargé de recherche
EC Enseignant-chercheur
IGM Ingénieur général des mines
Dernière mise à jour le : 13 septembre 2010

NNT : 2010 EMSE 0580

THÈSE
présentée par

Adrien CHAPUIS

pour obtenir le grade de
Docteur de l’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne
Spécialité : Sciences et génie des Matériaux

ETUDE DES MECANISMES CONTROLANT LA DEFORMATION DU
MAGNESIUM A CHAUD




soutenue à Saint-Etienne, le 18 octobre 2010

Membres du jury

Président : Jean-Jacques BLANDIN Directeur de Recherche, SIMAP, INP Grenoble
Rapporteurs : Bevis HUTCHINSON Professeur, SWEREA-KIMAB, Stockholm
Francis Wagner Professeur, LETAM, Metz
Examinateur : Nadine SPATH Ingénieur, SNECMA, Gennevilliers
Directeur de thèse : Julian DRIVER Directeur de Recherche, ENSM Saint-Etienne









Remerciements

La thèse fut pour moi l’occasion d’expériences enrichissantes, aussi bien humaines que
scientifiques.
Je tiens à remercier tout d’abord mon directeur de thèse, Julian DRIVER, pour son aide et
son soutien tout au long de la thèse, et grâce à qui ce manuscrit a été si complet et si claire. Merci
aux membres du jury qui se sont intéressés à mon travail et sont venus de loin pour m’écouter. Je
remercie aussi les différents professeurs de l’école qui m’ont formé et avec qui j’ai échangé. Je tiens
aussi à remercier les techniciens et ingénieurs de l’école, Marilyne MONDON pour l’élaboration
des monocristaux, Séverine GIRARD-INSARDI pour les essais mécaniques, Gilles BLANC et
Prisca LEVEQUE pour la préparation en métallographie et les observations optiques, Paul
JOUFFREY et Sergio SAO-JOAO pour le MEB et l’EBSD. Merci aussi à l’atelier et à Marc
ROBERT pour la préparation des échantillons et le soudage du magnésium. Merci aux filles de la
rotonde, Emilie, Clémentine et Emilie, grâce à qui j’ai pris confiance en moi à l’oral. Je remercie
bien sur mes amis et collègues de travail pour leur aide et leur bonne humeur, tout au long de ma
thèse, et en particulier Sandrine, Fabrice, Alban et Adhish. Je remercie la société Magnesium
Elektron qui nous a fourni une plaque d’AZ31. Et enfin je remercie les professeurs et doctorants de
Tsinghua university, et en particulier Andy GODFREY avec qui le travail va certainement se
poursuivre.


Sommaire :
Introduction p1

Chapitre I : Etude Bibliographique p5

Chapitre II : Modélisation micromécanique p29

Chapitre III : Procédures expérimentales p41

Chapitre IV : Déformation de monocristaux de Mg en compression
plane p53

Chapitre V : évaluation des CRSS p95

Chapitre VI : Essais sur l’alliage AZ31 p105

Conclusion génér