Joints de grains et plasticité cristalline
Traité MIM, série Matériaux et métallurgie

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Langue : Français

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Date de parution :
Ouvrage 344 p. · 16x24 cm · Relié
ISBN : 9782746225527 EAN : 9782746225527
Éditions Lavoisier

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Les joints de grains jouent un rôle majeur dans les propriétés des matériaux cristallins, en particulier dans leur comportement plastique. Une connaissance approfondie de l'objet "joint de grains" et des réactions élémentaires entre dislocations et joints de grains s'avère nécessaire pour mieux comprendre les comportements intergranulaires dans la déformation à chaud et à froid, le fluage, la fatigue et la rupture.

Cette connaissance passe par le couplage des études physiques, chimiques et mécaniques ; elle requiert également une approche multi échelle : depuis l'échelle nanométærique de la structure fine du joint de grains jusqu'à l'échelle macroscopique de la réponse du polycristal à une sollicitation mécanique.

Ces différents aspects sont pris en compte dans cet ouvrage ; la compréhension de l'influence des joints de grains sur la plasticité cristalline apparaît comme un enjeu dans la maîtrise des performances des matériaux.

Avant-propos.
Chapitre 1. Structures et défauts des joints de grains. Jany THIBAULT-PENISSON et Louisette PRIESTER
 1.1. Structure d’équilibre des joints de grains.
1.1.1. Description géométrique et quelques éléments de bicristallographie .
1.1.1.1. Les degrés de liberté.
1.1.1.2. Joint de flexion, joint de torsion, joint mixte, joint symétrique/asymétrique.
1.1.1.3. Bicristallographie et coïncidence.
1.1.1.4. Le réseau DSC.
1.1.1.5. Limites de l’approche géométrique.
1.1.2. Structure des joints de grains en termes de dislocations intrinsèques.
1.1.2.1. Modèle de Read et Shockley.
1.1.2.2. Généralisation du modèle de dislocations : modèle continu de Frank-Bilby.
1.1.2.3. Généralisation du modèle de dislocations : modèle discret – réseau 0 de Bollmann.
1.1.2.4. Les limites du modèle « dislocations ».
1.1.3. Structure atomique des joints de grains – modèle des unités structurales.
1.1.3.1. Modèle des unités structurales.
1.1.3.2. Modèle des unités structurales appliqué aux dislocations du joint de grains.
1.1.3.3. Les limites de l’approche en termes d’unités structurales.
1.1.4. Description atomistique énergétique.
1.1.4.1. Les difficultés de l’approche énergétique.
1.2. Défauts cristallins des joints de grains.
1.2.1. Défauts ponctuels – ségrégation intergranulaire.
1.2.1.1. Les défauts ponctuels.
1.2.1.2. Localisation des atomes de solutés en relation avec le plan du joint.
1.2.1.3. Ségrégation et structure fine du joint de grains.
1.2.1.4. Ségrégation sur les dislocations extrinsèques du joint de grains.
1.2.2. Défauts linéaires : dislocations extrinsèques.
1.2.2.1. Caractéristiques géométriques d’une dislocation extrinsèque.
1.2.2.2. Dislocation extrinsèque dans le modèle des unités structurales.
1.2.2.3. Coeur d’une dislocation extrinsèque.
1.2.3. Défauts volumiques – précipitation aux joints de grains.
1.3. Conclusion.
1.4. Bibliographie.

Chapitre 2. Mécanismes élémentaires de déformation aux joints de grains. Jean-Philippe COUZINIE et Louisette PRIESTER
2.1. Une dislocation à proximité d’un joint de gains.
2.2. Interaction élastique entre dislocations et joints de gains : force image.
2.3. Interaction à courte distance (de coeur) entre dislocations et joints de grains.

2.3.1. Les critères géométriques et énergétiques de transmission du glissement.
2.3.1.1. Transmission directe du glissement.
2.3.1.2. Transmission indirecte du glissement.
2.3.2. Les mécanismes élémentaires des réactions de dislocations aux joints de grains.
2.3.2.1. Absorption et mécanismes de décomposition des dislocations extrinsèques.
2.3.2.2. Mécanismes d’interactions entre dislocations de matrice dissociées et joints de grains.
2.3.3. Simulations à l’échelle atomique des mécanismes d’interaction entre dislocations et joints de grains.
2.3.4. Observations expérimentales des mécanismes d’interaction.
2.3.4.1. Décomposition des dislocations extrinsèques.
2.3.4.2. Transmission des dislocations extrinsèques.
2.3.5. Champs de contraintes élastiques associés aux dislocations extrinsèques.
2.4. Relaxation des champs de contraintes associées aux dislocations intergranulaires.
2.4.1. Processus de relaxation des contraintes dans un joint de grains.
2.4.1.1. Modèle d’incorporation de la dislocation dans la structure du joint.
2.4.1.2. Modèle de délocalisation du coeur de la dislocation.
2.4.2. Evolution des champs de contraintes avec le temps de relaxation.
2.4.3. Etudes expérimentales des phénomènes de relaxation aux joints de grains.
2.4.3.1. Relaxation des contraintes dans des joints de macle Σ = 3 {111}.
2.4.3.2. Relaxation des contraintes dans des joints Σ = 9.
2.4.3.3. Relaxation des contraintes dans des joints Σ = 11 de plans différents.
2.4.3.4. Relaxation des contraintes dans un joint général.
2.4.4. Conclusion.
2.5. Relations entre mécanismes élémentaires aux interfaces et comportements mécaniques des matériaux.
2.6. Bibliographie.

Chapitre 3. Les joints de grains dans la déformation à froid. Colette REY, Denis SOLAS et Olivier FANDEUR
3.1. Introduction.
3.2. Compatibilité et incompatibilité plastiques de la déformation aux joints de grains.

3.2.1. Généralités.
3.2.2. Calcul des incompatibilités dans le cas du bicristal.
3.3. Contraintes internes dans les grains des polycristaux.
3.3.1. Notions de plasticité cristalline, comportement du monocristal à l’usage des modèles polycristallins.
3.3.1.1. Critère de plasticité et loi de comportement du monocristal.
3.3.1.2. Expressions de la matrice d’écrouissage.
3.3.2. Contraintes internes dans les polycristaux.
3.3.3. Mécanismes de relaxation des contraintes.
3.3.3.1. Relaxation par déformation plastique.
3.3.3.2. Glissement aux joints de grains.
3.4. Modélisation des champs mécaniques locaux par la méthode des éléments finis (EF).
3.4.1. Les agrégats.
3.4.2. Du monocristal au polycristal en transformations finies.
3.4.3. Identification des paramètres des lois de comportement et d’écrouissage.
3.4.4. Exemples de champs mécaniques locaux proposés par les modèles polycristallins.
3.4.4.1. Champs mécaniques locaux dans les tous premiers stades de déformation en fatigue.
3.4.4.2. Polycristal de fer IF-Ti en compression plane.
3.5. Loi de Hall et Petch, dislocations géométriquement nécessaires.
3.5.1. Définition.
3.5.2. Modélisation de l’effet de taille de grains dans les polycristaux, comparaison avec l’expérience.
3.6. Sous-joints et joints de grains de déformation et de recristallisation.
3.6.1. Sous-joints et joints de grains de déformation.
3.6.2. Sous-joints de recristallisation.
3.6.2.1. Généralités.
3.6.2.2. Modélisation numérique de la recristallisation discontinue.
3.7. Conclusion.
3.8. Bibliographie.

Chapitre 4. Fluage et plasticité à chaud : dynamique des joints de grains. Sylvie LARTIGUE-KORINEK et Claude Paul CARRY
4.1. Introduction.
4.2. Joints de grains et croissance granulaire.

4.2.1. Cinétique et loi de croissance granulaire.
4.2.2. Ségrégation et précipitation aux joints de grains – influence sur leur mobilité.
4.3. Joints de grains et fluage : mécanismes et lois phénoménologiques.
4.3.1. Les mécanismes aux joints de grains.
4.3.1.1. Processus diffusionnels aux joints de grains.
4.3.1.2. Glissement aux joints de grains.
4.3.1.3. Migration des joints de grains.
4.3.2. Modèles et cinétiques de fluage.
4.3.2.1. Fluage et dislocations.
4.3.2.2. Fluage limité par la diffusion.
4.3.2.3. Fluage gouverné par réaction d’interface.
4.3.3. Lois de comportement et cartes de fluage.
4.3.4. Limite des modèles, chimie des joints de grains et fluage.
4.4. Joints de grains et superplasticité.
4.4.1. Phénoménologie et mécanismes microstructuraux.
4.4.2. Les différents modèles.
4.4.2.1. Glissement intergranulaire accommodé par diffusion.
4.4.2.2. Glissement intergranulaire contrôlé par le mouvement de dislocations.
4.4.2.3. Modèle de Perevezentsev.
4.4.3. Croissance de grains et déformation superplastique.
4.5. Perspectives : fluage des matériaux à nanograins.
4.6. Bibliographie.

Chapitre 5. Fatigue intergranulaire. André PINEAU et Stephen ANTOLOVICH
5.1. Introduction.
5.2. Fatigue intergranulaire à basse température.

5.2.1. Diverses échelles à considérer pour expliquer la fatigue intergranulaire.
5.2.2. Etude du fer α et d’autres métaux et alliages métalliques de structure CC.
5.2.2.1. Déformation des cristaux CC.
5.2.2.2. Fatigue intergranulaire des polycristaux CC, comportement général, effet des impuretés.
5.2.3. Fatigue intergranulaire des métaux et alliages métalliques de structure CFC.
5.2.3.1. Introduction.
5.2.3.2. Fatigue des matériaux CFC monocristallins.
5.2.3.3. Fatigue des bicristaux.
5.2.3.4. Fatigue intergranulaire des polycristaux.
5.2.3.5. Résumé.
5.3. La fatigue à haute température.
5.3.1. Généralités.
5.3.2. Aciers inoxydables austénitiques.
5.3.2.1. Comportement et microstructure.
5.3.2.2. Endommagement.
5.3.2.3. Modélisation physique de l’endommagement et durée de vie.
5.3.3. Superalliages base nickel.
5.3.3.1. Microstructures des superalliages.
5.3.3.2. Mécanismes de déformation.
5.3.3.3. Fatigue oligocyclique à chaud des superalliages polycristallins moulés.
5.3.3.4. Propagation des fissures dans les superalliages.
5.3.3.5. Résumé.
5.4. Conclusion.
5.5. Bibliographie.

Chapitre 6. Ségrégation intergranulaire et rupture des matériaux cristallins. Anna FRACZKIEWICZ et Krzysztof WOLSKI
6.1. Joints de grains et rupture.
6.1.1. Facteurs de rupture – différents types de rupture.
6.1.2. Rupture intergranulaire.
6.2. Ségrégation intergranulaire.
6.2.1. Origine de la ségrégation .
6.2.2. Thermodynamique de la ségrégation d’équilibre – modèles existants.
6.2.2.1. Modèles issus de la thermodynamique classique.
6.2.2.2. Modèles basés sur la thermodynamique statistique.
6.2.3. Caractéristiques générales de la ségrégation intergranulaire d’équilibre.
6.2.4. Ségrégation hors d’équilibre.
6.2.5. Hétérogénéité de la ségrégation intergranulaire : effets de la structure des joints de grains.
6.3. Ségrégation et rupture intergranulaire.
6.3.1. Mécanismes conduisant à la fragilité intergranulaire.
6.3.1.1. Modèle énergétique : cas idéal de rupture fragile.
6.3.1.2. Modèle thermodynamique : rupture des liaisons atomiques.
6.3.1.3. Modèle atomistique : affaiblissement des charges électroniques dans l’interface.
6.3.2. Des ségrégations néfastes aux ségrégations renforçantes.
6.3.2.1. Ségrégations néfastes.
6.3.2.2. Ségrégations renforçantes.
6.4. Rupture intergranulaire induite par les métaux liquides.
6.4.1. Phénomènes intervenant lors du contact avec un métal liquide.
6.4.2. Fragilisation par les métaux liquides.
6.4.3. Pénétration intergranulaire.
6.4.4. Diffusion intergranulaire dans le cas du système Cu-Bi.
6.4.5. Mouillage intergranulaire dans le cas du système Ni-Bi.
6.4.6. Mécanisme de la pénétration intergranulaire.
6.4.7. Cas du système Al-Ga.
6.4.8. Conclusion.
6.5. Conclusion générale.
6.6. Bibliographie.

Annexes.
Index.