Déformation à chaud des métaux
Physique et mécanique
Frank Montheillet
ellipses
Chapitre I
Les outils de la mécanique des milieux continus21
I.1 Vitesse de déformation et déformation
21
I.1.1 Définitions21
I.1.2 Trois chemins de déformation simples24
I.1.3 Chemins de déformations complexes29
I.2 Contraintes
31
I.2.1 Définitions31
I.2.2 Equations d'équilibre33
I.3 Comportements plastique et viscoplastique
34
I.3.1 Critères de plasticité34
I.3.2 Lois d'écoulement40
I.3.3 Comportement viscoplastique44
I.3.4 Trois chemins de déformation simple (suite)45
I.4 Théorèmes d'extremum en viscoplasticité
48
I.5 Annexes
50
I.5.1 Expressions du tenseur gradient de vitesse et des équations d'équilibre des contraintes en coordonnées cylindriques et sphériques50
I.5.2 Lignes de courant et trajectoires53
I.5.3 Déformation équivalente. Influence du chemin de déformation56
I.5.4 Energie élastique et critère de von Mises60
I.5.5 Section d'une frontière d'écoulement par le plan π63
I.5.6 Prévision des cornes d'emboutissage65
I.5.7 Note sur le « Dynamic Material Modeling »68
Chapitre II
Les outils de la plasticité cristalline71
II.l Cristallographie élémentaire des métaux
72
II.1.1 Le réseau cristallin72
II.1.2 Les indices de Miller78
II.1.3 Le motif81
II.1.4 Empilements compacts84
II.2 Mécanique du monocristal
86
II.2.1 Glissement cristallographique86
II.2.2 Frontière d'écoulement du monocristal90
II.2.3 Loi d'écoulement97
II.2.4 Modèle cristallin viscoplastique100
II.2.5 Rotation des axes cristallographiques103
II.2.6 Facteur d'orientation et facteur de Taylor104
II.3 Annexe
105
II.3.1 Notations de Miller à 4 indices pour le réseau hexagonal105
Chapitre III
Les outils de la métallurgie physique111
III.1 Energie des dislocations
112
III.2 Interactions entre dislocations
115
III.2.1 Formule de Peach et Koehler115
III.2.2 Interaction entre deux dislocations coins parallèles117
III.2.3 Interaction entre deux dislocations partielles de Shockley parallèles120
III.3 Mouvement des dislocations
123
III.3.1 Relation d'Orowan123
III.3.2 Montée des dislocations124
III.3.3 Glissement thermiquement activé127
III.4 Grains, joints et sous-joints
130
III.4.1 Représentation des grains130
III.4.2 Désorientation des grains132
III.4.3 Mouvement des joints de grains136
III.5 Annexes
138
III.5.1 Variations du facteur K de la relation (III.39)138
III.5.2 Evolution du rapport de forme des grains140
III.5.3 Matrice de passage, rotation et angles d'Euler144
III.5.4 Distribution « de Mackenzie » pour des cristaux de structure hexagonale147
Chapitre IV
Essais rhéologiques à chaud149
IV.1 Essais de compression
151
IV.1.1 Essai de compression uniaxiale152
IV.1.2 Essai de compression plane encastrée155
IV.2 Essai de torsion
157
IV.2.1 Etude cinématique158
IV.2.2 Calcul de la contrainte d'écoulement160
IV.2.3 Distribution de la puissance plastique162
IV.3 Annexes
163
IV.3.1 Modèle de frottement de Tresca163
IV.3.2 Application de la relation de Fields et Backofen164
Chapitre V
Notions sur les textures169
V.1 Textures morphologiques et topologiques
169
V.2 Fonction de distribution des orientations cristallines
171
V.3 Représentations bidimensionnelles de la texture cristallographique
174
V.3.1 Projection stéréographique174
V.3.2 Figures de pôles180
V.4 Symétries des textures : exemples
184
V.4.1 Textures de laminage184
V.4.2 Textures de torsion186
V.5 Annexe
189
V.5.1 Classification des textures de torsion des matériaux cubiques189
Chapitre VI
Mécanismes de la déformation à chaud195
VI.1 Mécanismes d'adoucissement statique
195
VI.1.1 Etat déformé à froid : microstructure écrouie196
VI.1.2 Restauration statique197
VI.1.3 Recristallisation statique200
VI.1.4 Croissance des grains205
VI.2 Recristallisation dynamique
206
VI.2.1 Recristallisation dynamique continue206
VI.2.2 Recristallisation dynamique discontinue213
VI.2.3 Remarques générales220
VI.3 Transformations métadynamiques
222
VI.4 Annexe
225
VI.4.1 Cinétique de recristallisation statique : Loi d'Avrami225
Chapitre VII
Lois de comportement à chaud231
VII.l Paramètres rhéologiques macroscopiques
231
VII.1.1 Sensibilité à la vitesse232
VII.1.2 Sensibilité à la température232
VII.1.3 Sensibilité à la déformation234
VII.1.4 Coefficient de Taylor-Quinney234
VII.2 Lois de comportement empiriques (macroscopiques)
235
VII.3 Modèles physiques (microscopiques)
239
VII.3.1 Modèle de Kocks-Mecking240
VII.3.2 Modèle de Laasraoui-Jonas241
VII.3.3 Loi puissance243
VII.3.4 Paramètres rhéologiques microscopiques244
VII.4 Relations entre contrainte d'écoulement et microstructure
245
VII.5 Annexes
248
VII.5.1 Calcul du coefficient de Taylor-Quinney248
VII.5.2 Interprétations de la limite d'élasticité249
VII.5.3 Modèle de Stüwe-Hertel251
VII.5.4 Modèle élémentaire de recristallisation dynamique discontinue252
Chapitre VIII
Déformation à chaud des alliages biphasés257
VIII.1 Du métal pur à l'alliage multiphasé
258
VIII.2 Caractérisation des alliages biphasés
259
VIII.2.1 Forme des domaines homogènes260
VIII.2.2 Distribution des domaines homogènes261
VIII.2.3 Lois de comportement des phases et du mélange263
VIII.3 Lois de mélange « simples »
264
VIII.3.1 Modèle de Taylor265
VIII.3.2 Modèle statique266
VIII.3.3 Modèle Iso-w267
VIII.4 Mécanique de l'inclusion d'Eshelby
269
VIII.4.1 Inclusion élastique sphérique269
VIII.4.2 Inclusion élastique ellipsoïdale273
VIII.4.3 Inclusion (sphéroïdale) et matrice viscoplastiques linéaires275
VIII.4.4 Inclusion (sphéroïdale) et matrice viscoplastiques non linéaires278
VIII.5 Lois de mélange utilisant la mécanique de l'inclusion d'Eshelby
279
VIII.5.1 Cas où l'une des phases est minoritaire279
VIII.5.2 Cas d'un mélange de phases approximativement équivolumique282
VIII.6 Paramètres rhéologiques des alliages biphasés
284
VIII. 7 Annexes
286
VIII.7.1 Fractions volumiques et massiques286
VIII.7.2 Champ de déplacement élastique autour d'une inclusion sphérique289
VIII.7.3 Energie élastique des configurations d'Eshelby290
Chapitre IX
Instabilités, endommagement et ductilité297
IX.1 Définitions et mesures de la ductilité
297
IX.2 Instabilités en mise en forme
300
IX.2.1 Critère portant sur l'effort de traction300
IX.2.2 Critère portant sur la réduction de section307
IX.2.3 Notions sur le comportement superplastique308
IX.3 Endommagement en mise en forme
311
IX.3.1 Amorçage d'une cavité311
IX.3.2 Croissance d'une cavité isolée313
IX.3.3 Comportement des matériaux poreux315
IX.4 Critères macroscopiques de rupture ductile
320
IX.5 Annexes
321
IX.5.1 Extension du critère de Considère à un essai anisotherme321
IX.5.2 Critère de Shima et Oyane sous chargement axisymétrique322
Chapitre X
Exercices corrigés325
X.1 Compacité des structures cc, cfc et hc325
X.2 Mailles élémentaires rhomboédriques des structures cc et cfc326
X.3 Structure cristalline du rutile TiO2329
X.4 Réduction du critère de Hill au cas isotrope331
X.5 Critère de Hill : compression uniaxiale334
X.6 Critère de Hill : compression 3D338
X.7 Critère de Hill : essais mécaniques sur une tôle mince341
X.8 Critère de plasticité polynomial d'exposant supérieur à 2345
X.9 Critère de plasticité monoclinique prismatique348
X.10 Essai de traction uniaxiale351
X.11 Champ de vitesse non uniforme en compression355
X.12 Gonflement d'une bulle dans une matrice viscoplastique linéaire358
X.13 Extrusion d'une barre362
X.14 Procédé d'étirage à chaud365
X.15 Effets d'inertie en traction370
X.16 Méthode d'Eshelby : analogie des ressorts374
X.17 Température homologue et paramètre de Zener-Hollomon378
X.18 Loi de comportement pseudoplastique générale379
Références
383
Glossaire français-anglais
391
Index
395