Responsable(s) :

Sébastien ALLAIN, Professeur, sebastien.allain@mines-nancy.univ-lorraine.fr 

Mots clés :  plasticité cristalline - dislocations - écrouissage - lois de comportement en plasticité - activation thermique - recristallisation

Pré requis :  Tenue mécanique des matériaux - Mécanique des milieux continus - Arrangements atomiques

Objectif général : Comprendre et prévoir le comportement plastique des matériaux cristallins (métaux, alliages, céramiques, solides ioniques principalement) en fonction de leurs microstructures, grâce à une connaissance fine des mécanismes physiques (dislocations)

Programmes et contenus :

Dans un contexte où la complexité des structures et les contraintes de coût, de sécurité et de respect de l'environnement augmentent, l'innovation en terme de matériaux de structure aux performances optimales passe par la maîtrise des phénomènes produisant la déformation plastique, car ils contrôle les propriétés mécaniques macroscopiques. Obtenir un matériau léger et facile à mettre en forme, mais ayant une résistance mécanique élevée, même dans des conditions sévères, voire extrêmes, est par exemple un paradoxe qui fait l'objet de tous les développements actuels.

Les concepts développés dans ce cours sont très spécifiques et souvent complètement nouveaux pour les étudiants:

• Les dislocations : caractéristiques, propriétés, interactions, déplacement, glissement, montée, friction de réseau, activation thermique du glissement, méthodes d'observation, loi de Peach-Kohler
• Principe de la déformation du monocristal : systèmes de glissement, cission résolue, loi de Schmid
• Déformation plastique des polycristaux: loi de Taylor, loi de Hall-Petch, lois d'écrouissage, notion d'écrouissage cinématique et isotrope, contrainte effective et interne, influence de la microstructure
• Autre mécanisme de durcissement dans les alliages (écrouissage, solution solide, précipitation)
• Influence de la température et de la vitesse de déformation : restauration et recristallisation, fluage, transition fragile-ductile
• Autres mécanismes de la déformation plastique: maclage, transformation martensitique, fluage diffusionnel, effet mémoire de forme

Etudes de cas :

• Interactions élastiques entre dislocations, modèle énergétique de Read-Shockley du sous-joint de flexion
• Modèle d'écrouissage de la "Forêt", interactions entre dislocations glissiles et sessiles
• Sélection de systèmes de glissement dans un diagramme de Wulff (projection stéréographique)
• Ruine d'un wafer de silicium par choc thermique - application de la loi de Schmid
• Franchissement d'obstacles ponctuels ou étendus - lois du durcissement structural
• Modèle d'écrouissage de Mecking-Kocks-Estrin - application à un alliage polycristallin

Compétences : 

Niveaux

Description et verbes opérationnels

Connaître 

Connaitre Les différents mécanismes microscopiques de la plasticité

Comprendre 

Comprendre comment la structure atomique, la microstructure et les conditions de sollicitation jouent sur les propriétés mécaniques

Appliquer 

Pouvoir élaborer des lois de comportement à partir de modèles simples

Analyser 

Maîtriser les leviers métallurgiques permettant d'optimiser les performances mécaniques de matériaux existants ou de développer de nouveaux matériaux

Synthétiser

Savoir structurer un rapport sous forme d'article scientifique

Évaluer

Evaluer la durée de vie des matériaux, le choix du matériau et du procédé pour la fabrication d'un produit donné

Évaluations :

• Test écrit

• Contrôle continu

• Oral, soutenance

• Projet

• Rapport