Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Mécanisme de plasticité : quand les dislocations participent au mouvement des joints de grains.

Publié dans Physical Review Materials

par Evelyne Prevots - publié le , mis à jour le

Lorsqu’un métal se déforme plastiquement, différents types de mécanismes à l’échelle atomique opèrent. Parmi ces derniers, la migration de joints de grains est un mécanisme de plasticité efficace en l’absence de mouvements de dislocations. Cette migration s’effectue par nucléation puis déplacement de défauts appelés disconnections. Des simulations à l’échelle atomique ont permis de montrer qu’une dislocation piégée dans un joint de grain pouvait servir de source de disconnections et ainsi faciliter la migration du joint de grains.

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La disconnection sessile δ opère comme une source de disconnections glissile μ<110>

Lorsqu’on impose une contrainte sur un métal, ce dernier se déforme d’abord de manière réversible, le régime élastique puis de manière irréversible, le régime plastique. Nombre d’applications (pièce mécanique d’un moteur par exemple) demandent une valeur élevée de la contrainte critique à partir de laquelle on atteint le régime plastique. Ainsi, une compréhension fine des mécanismes de la plasticité est nécessaire afin d’améliorer les propriétés des matériaux.

Les défauts habituellement responsables de la plasticité sont appelés dislocations. La connaissance acquise durant les 70 dernières années sur le mouvement des dislocations a permis d’inventer des matériaux dans lesquels la plasticité par mouvement de dislocations est pratiquement inhibée et qui sont donc extrêmement résistants : aciers spéciaux, superalliages, alliages nanocristallins. Dans ces situations, on sait depuis une quinzaine d’année que d’autres mécanismes de plasticité peuvent s’activer. Parmi eux, la migration des joints grains est l’objet d’une intense activité de recherche à l’heure actuelle. On sait depuis quelques années que la migration des joints résulte de la nucléation puis du déplacement de défauts spécifiques appelés disconnections, qui combinent un caractère de dislocation (cisaillement élémentaire) et de marche (défaut de planéité). En simulation numérique, la nucléation de ces disconnections a été étudiée à partir de joints de grains parfaitement plan et sans aucun défaut, qui n’existent que très rarement dans les matériaux réels. Les joints réels contiennent des lacunes, des impuretés, des dislocations, des marches, et bien sûr des disconnections. Toutes ces imperfections du joint peuvent potentiellement altérer son mécanisme de migration en créant des sources de nucléations inhomogènes de disconnections.

En menant des simulations de dynamique moléculaire à l’échelle atomique, une équipe du CEMES a proposé pour la première fois un mécanisme de nucléation inhomogène de disconnection à partir d’une imperfection du joint crée par l’absorption d’une dislocation. Il a été montré que la présence de cette imperfection abaissait significativement la barrière d’énergie nécessaire à la nucléation des disconnections.

Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans Physical Review Materials en juin 2019. d

 

Référence

Combe, N. ; Mompiou, F. & Legros, M. 
Heterogeneous disconnection nucleation mechanisms during grain boundary migration
Phys. Rev. Materials, 2019, 3, 060601 (R)

 

 

Contact

Dr. Nicolas COMBE