1.4 Loi de comportement locale : loi cristalline
1.4.3 Plasticité des structures CFC et CC
Ce paragraphe est consacré aux manifestations phénoménologiques de la plasticité par glis- sement des dislocations dans les structures CFC et CC, impliquant un ou plusieurs mécanismes élémentaires. Les mécanismes cités dans ce paragraphe, en italique, sont décrits en annexe A. On introduit la notion de densité de dislocations, dénie comme la longueur totale des dislocations dans un volume donné ; elle s'exprime enm−2.
Phénoménologie expérimentale de la plasticité des monocristaux CFC en traction monotone uniaxiale
Le comportement d'un monocristal de structure CFC en traction monotone uniaxiale pour une orientation quelconque à l'intérieur du triangle standard est schématiquement illustré par la courbe τ(s)-γ(s) de la gure 1.9. Il est noter que le comportement mécanique d'un monocristal
Fig. 1.9 Comportement d'un monocristal de structure CFC en traction monotone uniaxiale.
de structure CFC est indépendant de la température. On observe trois stades caractéristiques [Tab01] :
stade I : caractérisé par un faible durcissement. Un seul système de glissement est activé. La production des dislocations se fait conformément au mécanisme de Frank-Read. Le nombre de dislocations stockées, c'est-à-dire immobiles, augmente progressivement lorsque les dis- locations mobiles s'arrêtent. Une stabilisation de la densité de dislocations est observée lorsque celle-ci est susamment importante pour favoriser l'annihilation des dislocations de signes opposés dans des plans voisins par glissement dévié.
stade II : au delà d'une certaine cission, un second système de glissement, non coplanaire avec le premier, est activé. L'activation d'un second système entraîne la multiplication des interactions entre dislocations. Ces interactions provoquent le blocage de dislocations mobiles. De ce fait pour obtenir une même déformation plastique, les cissionsτ(s) doivent être plus importantes. Cette situation entraîne un durcissement important que l'on appelle écrouissage.
stade III : La contrainte sur les dislocations bloquées devient importante et favorise le glis- sement dévié. L'annihilation des dislocations est alors facilitée. La densité de dislocations stockées se stabilise. On assiste alors à une décroissance progressive du taux d'écrouissage.
Phénoménologie expérimentale des monocristaux CC en traction monotone uni- axiale
A la diérence des matériaux de structure CFC, le comportement des matériaux de structure CC dépend de la température.
En dessous d'une température dite de transition, TT, 200K-240K pour le Fer (Louchet et al.
[LKV79]) et proche de l'ambiante pour les acier doux (Lan et al. [LKD92]), la limite d'élasticité et la cission dépendent fortement de la température. Au delà de TT, elles ne varient quasiment plus avec la température jusqu'à T3f, où Tf est la température de fusion. Le comportement des métaux de structure CC se rapproche alors de celui des métaux de structure CFC. Lorsque la vitesse de déformationγ˙(s) croît, la température de transitionTT augmente (Figure 1.10). Dans le régime T<TT, la cission τ(s) se décompose en deux termes :
τ(s)=τathermique(s) +τeffective(s) ³γ˙(s), T´ (1.54) où τathermique(s) est la contrainte athermique correspondant au plateau présent au delà de la tem- pérature de transition TT et τeffective(s) ³γ˙(s),T´ est la contrainte eective relative aux processus thermiquement activés responsables de la sensibilité à la température et au taux de déformation au dessous deTT (Figure 1.10).
Les deux types de comportement (de part et d'autre deTT) résultent de la diérence de mobilité des dislocations vis entre ces deux régimes. Ces résultats ont été observés par Louchet et al.
[LKV79], lors d'essais de traction in-situ au MET sur du fer-α, du niobium et du molybdène.
1.4. Loi de comportement locale : loi cristalline 25
Fig. 1.10 Evolution de la cission en fonction de la vitesse de déformationγ(s)et de la temperature.
La mobilité des segments coin reste quasi-constante quelle que soit la température, alors que la mobilité des dislocations vis augmente rapidement aux basses températures, pour atteindre celle des dislocations coin au-delà de la température de transition (Figure 1.11). La réponse mécanique
Fig. 1.11 Mobilités des dislocations de type vis et coin en fonction de la température.
des monocristaux de fer-α à basse température est ainsi gouvernée par le comportement des dis- locations vis. Les dislocations mixte ou coin glissent sous faible contrainte à basse température et laissent derrière elles de longs dipoles vis. Ceux-ci ont une structure de coeur (zone de per- turbation du réseau cristallin) étendue en trois dimensions qui est à l'origine du fort frottement de réseau (forces de Peierls-Nabarro [Nab56], [Pei34]) des métaux cubiques centrés. Ces forces peuvent être décrites comme dérivant d'un potentiel périodique sinusoïdal de longueur d'onde l'écartement des rangées atomiques, dont les creux correspondent aux vallées et les maxima aux pics de potentiel. Sous l'eet d'une contrainte appliquée, le franchissement des pics a lieu grâce à la formation de doubles décrochements. En-dessous de la température de transition, le com-
portement d'un monocristal de structure CC est décrit schématiquement sur la gure 1.12. Au
Fig. 1.12 Courbe schématique de réponse à une sollicitation de traction monotone uniaxiale d'un monocristal de structure CC en-dessous de la température de transition.
début de la déformation plastique, les dislocations de type vis sont bloquées car elles ne peuvent franchir les vallées de Peierls. Il s'ensuit une élévation importante du niveau de contrainte, et le taux d'écrouissage important en début d'écoulement. On parle de stade pré-plastique. Puis, sous l'eet de l'élévation de contrainte, la probabilité de franchissement des vallées de Peierls aug- mente. Les dislocations vis commencent à glisser, augmentant alors la population de dislocations mobiles. Il faut alors fournir une cission moins importante pour atteindre la déformation voulue.
Le taux d'écrouissage décroît.
Conclusion sur la plasticité des structures CFC et CC
La plasticité cristalline fait intervenir plusieurs mécanismes élémentaires. Le comportement des monocristaux en traction monotone ne peut s'interpréter sans faire référence aux microméca- nismes fondamentaux de la plasticité.
La modélisation du comportement du monocristal est la plupart du temps de nature unidimen- sionelle sur chaque système de glissement.
1.4.4 Modèles de comportement du monocristal