Propriétés des dislocations et déformation plastique
Durcissement des aciers - Mécanismes

1 - Objectif

2 - Limite d’élasticité et déplacement de dislocations

Tableau 1

3 - Propriétés des dislocations et déformation plastique

• 3.1 - Configuration atomique d’une dislocation
  Figure 2 - Déplacement élémentaire d’un bloc cristallin sur un plan de glissement Figure 3 - Grandeurs cristallines associées à une dislocation courbe Figure 4 - Exemple de la dissociation d’une dislocation parfaite dans le réseau cubique à faces centrées (empilement des plans ...PQRPQR...) en deux dislocations partielles entourant un défaut d’empilement (...PQRPQ−PQR...)
• 3.2 - Énergie élastique associée à une dislocation et tension de ligne
  Figure 5 - Variation périodique de l’énergie propre d’une dislocation en fonction de sa position dans le réseau cristallin
• 3.3 - Plans de glissement des dislocations

4 - Limite d’élasticité des métaux purs et non déformés

• 4.1 - Configuration des dislocations dans un cristal non déformé
  Figure 6 - Configuration schématique d’un réseau tridimensionnel de dislocations dans un cristal non déformé (réseau de Frank)
• 4.2 - Contrainte critique de cisaillement
  Figure 7 - Déclenchement de la déformation plastique par l’activation d’une source de Frank-Read Figure 8 - Variation de la contrainte de résistance due à la tension de ligne au cours de la dilatation du segment actif dans le réseau de Frank Figure 9 - Blocage d’une dislocation mobile par les dislocations qui traversent son plan de glissement
• 4.3 - Anisotropie de la limite d’élasticité d’un monocristal en traction uniaxiale
  Figure 10 - Relation entre la contrainte de traction uniaxiale et la contrainte de cisaillement sur un plan de glissement Figure 11 - Limite d’élasticité d’un métal polycristallin en traction uniaxiale Figure 12 - Empilement de dislocations sur un joint de grain dans un métal polycristallin sous une contrainte externe
• 4.4 - Limite d’élasticité des métaux purs polycristallins
  Figure 13 - Propagation de la déformation plastique de grain en grain le long de bandes inclinées à 45o à l’axe de traction

5 - Mécanismes de durcissement des alliages métalliques

• 5.1 - Durcissement par effet de taille de grain
  Figure 14 - Effet de la taille de grain sur la limite d’élasticité nominale en traction dans les aciers au carbone à structure ferritique (structure cristalline cubique centrée) (d’après )
• 5.2 - Durcissement par écrouissage
  Figure 15 - Courbe de traction rationnelle Figure 16 - Évolution de la configuration des dislocations parfaites en fonction du taux de déformation d’un acier inoxydable de structure cubique à faces centrées (cliché IRSID) Figure 17 - Variation de l’énergie de défaut d’empilement dans les alliages inoxydables Fe-Cr-Ni en fonction de la teneur en chrome et en nickel (d’après ) Figure 18 - Défauts d’empilement formés par la propagation de dislocations partielles dans un acier inoxydable austénitique de structure cubique à faces centrées à faible énergie de défaut d’empilement (cliché IRSID) Figure 19 - Formation schématique d’une macle mécanique dans le réseau cfc par glissement des dislocations partielles sur des plans {111} juxtaposés Figure 20 - Micrographie électronique montrant les bandes de martensite et les îlots de martensite formés au cours de déformation plastique d’un acier inoxydable austénitique (cliché IRSID) Tableau 2
• 5.3 - Durcissement par atomes en solution solide
  Figure 21 - Emplacement des atomes d’alliage dans les solutions solides métalliques Figure 22 - Deux positions d’épinglage successives d’une dislocation lors de son déplacement sur un plan de glissement Figure 23 - Effet durcissant des solutés dans les aciers en traction uniaxiale (d’après ) Figure 24 - Aciers extra-doux. Palier à la limite d’élasticité en traction
• 5.4 - Durcissement par une dispersion intragranulaire de particules de deuxième phase
  Figure 25 - Illustration en deux dimensions de la nature de la cohérence entre la structure cristalline des particules et la structure cristalline de la matrice Figure 26 - Franchissement des particules par les dislocations par le mécanisme de contournement (a) ou par le mécanisme de cisaillement (b ) Figure 27 - Cisaillement des particules cohérentes de structure ordonnée avec la formation d’une paroi d’antiphase sur la surface de cisaillement dans une particule Figure 28 - Effet schématique de la taille des particules sur le mécanisme de durcissement et sur la grandeur du durcissement pour des valeurs croissantes de la fraction volumique de particules Figure 29 - Durcissement par contournement des carbures dans les aciers au carbone de structure ferritique (d’après ) Figure 30 - Exemples de la formation de boucles de dislocations autour des particules de TiN dans un acier inoxydable ferritique (cliché IRSID)
• 5.5 - Limite d’élasticité et durcissement des alliages polyphasés

6 - Effets du durcissement sur la ductilité et la ténacité des aciers

7 - Conclusion