Mise en forme de tôles d’épaisseur submillimétrique

Déformation dans les matériaux polycristallins

Structure cristalline

Les métaux et alliages métalliques sont des matériaux polycristallins, constitués de grains (Figure 1.1). L’état cristallin est un état ordonné de la matière solide. A température ambiante, l’énergie cinétique des atomes est faible et les forces de cohésion les maintiennent en contact les uns avec les autres. Ils s’agencent alors dans des configurations géométriques répétitives dans les trois dimensions de l’espace et forment les cristaux. L’élément constitutif de la répétition forme une structure cristalline qui s’appelle la maille. On peut ainsi distinguer suivant les différentes mailles sept agencements ou réseaux cristallins différents ; selon le nombre et la disposition des atomes au sein de la maille, on peut effectuer des distinctions supplémentaires et obtenir les 14 réseaux de Bravais (se référer par exemple à (Rousseau, 2000) pour plus d’informations). Les matériaux auxquels nous nous intéressons présentent une structure de cristaux Cubiques à 1 Mise en forme de tôles d’épaisseur submillimétrique Chapitre 1. Mise en forme de tôles submillimétriques 2 (a) Cloche en bronze avec les grains visibles dans le creuset. Image de (Pleshakov, 2016a) (b) Grains d’un alliage de titane. Image de (Pleshakov, 2016b) Figure 1.1: Matériaux polycristallins. Faces Centrées CFC, une des plus courantes dans les matériaux métalliques et qui est celle des alliages de cuivre (voir Figure 1.2). Elle sera, de fait, la seule étudiée dans nos travaux. Figure 1.2: Structure d’un cristal Cubique à Faces Centrées CFC.

Mécanismes de déformation

Il est généralement admis que trois mécanismes sont principalement à l’origine des déformations inélastiques dans les matériaux métalliques à froid : – la transformation martensitique, – le maclage, – le glissement cristallographique. La transformation martensitique (voir Figure 1.3), à l’inverse des deux autres, entraîne un changement de volume par le passage d’une phase austénitique à maille cubique face centrée à une phase martensitique à maille tétragonale. Elle se rencontre essentiellement Chapitre 1. Mise en forme de tôles submillimétriques 3 dans les AMF (Alliages à Mémoire de forme) et les aciers TRIP (TRansformation Induced Plasticity). Figure 1.3: Formation progressive de variantes de martensite pour accomoder la déformation dans un alliage de cuivre. Avec l’aimable autorisation de A. Eberhardt, LEM3. Le maclage s’observe le plus souvent dans les matériaux à structure hexagonale (Zirconium, Magnésium…). Il se caractérise par l’apparition dans le réseau de deux plans de macles qui créent des interfaces ; une zone du cristal se retrouve alors cisaillée et acquiert une autre orientation. Sur la Figure 1.4(b), on peut observer des macles apparues sous forme de fines bandes dans les grains. (a) Formation de la macle (b) Microstructure d’un alliage de cuivre (CuBe2) à l’étude ; les couleurs sont associées à l’orientation cristalline Figure 1.4: Déformation par maclage. Le glissement cristallographique, mécanisme le plus courant auquel nous porterons notre attention, résulte du mouvement des défauts linéaires du réseau que sont les dislocations. Chapitre 1. Mise en forme de tôles submillimétriques 4 Sous l’action d’une contrainte suffisante, les dislocations se déplacent sur les plans de glissement favorablement orientés pour accomoder la déformation. Les plans de glissement sont des plans de la maille cristalline à très forte densité atomique ; les dislocations se propagent sur ces plans dans des directions denses privilégiées et entraînent le glissement des plans les uns sur les autres (Figure 1.5). Un plan de glissement (repéré par sa normale) et une direction de glissement forment un système de glissement. Le nombre des systèmes de glissement varie suivant la nature de la maille cristalline.