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RÉSUMÉ
L'intérêt technologique de l'analyse de texture des matériaux polycristallins est principalement dû à l'anisotropie macroscopique qui résulte d'orientations préférentielles des cristallites. Cet article étudie les procédés qui permettent d'imprimer une texture dans un matériau industriel, notamment la déformation plastique qui a lieu au cours de la mise en forme, la recristallisation primaire destinée à développer, souvent, une forte composante cube et la transformation de phase, illustrée sur un acier micro-allié de haute résistance (HSLA) coulé en bande mince. Le développement de matériaux avec des textures adaptées sur mesure permettra, ultérieurement, d'optimiser les textures en vue d'atteindre les propriétés d'utilisation de plus en plus exigeantes visées pour ces matériaux.
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Claude ESLING : Professeur émérite à l’Université de Lorraine - Laboratoire d’Étude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux & Laboratoire d’Excellence DAMAS, Université de Lorraine, Metz, France
INTRODUCTION
L'importance scientifique et industrielle de la maîtrise des textures des matériaux polycristallins est due aux conséquences des textures :
-
sur la formabilité des métaux en feuille,
-
et sur la mise en forme et les propriétés d'alliages très anisotropes, notamment les matériaux hexagonaux comme le zinc, le zirconium ou le titane.
L'optimisation de la texture du produit fini permet d'améliorer ses propriétés d’usage. Des exemples remarquables sont les tubes de gainage pour le combustible nucléaire, les tôles magnétiques douces, les matériaux magnétiques durs, les supraconducteurs à haute température critique, les substrats céramiques et beaucoup d’autres. L’alliage d’aluminium 1050 (composé à 99,5 % d’aluminium ou aluminium A5) est communément utilisé en tôlerie où les exigences de résistance sont modérées, notamment pour sa conductivité électrique élevée. En particulier, la fabrication de condensateurs électrolytiques nécessite le développement d'une texture cube très prononcée. L’alliage austénitique Fe-Ni36% dénommé « Invar® » est utilisé dans des dispositifs électroniques en raison de son faible coefficient de dilatation thermique et de ses bonnes propriétés magnétiques. À cet effet, il est avantageux d'avoir une importante fraction d'orientation cube. L'acier micro-allié de haute résistance HSLA (High Strength Low Alloy) obtenu par coulée en bande mince présente un grand intérêt industriel, notamment parce que le durcissement est obtenu par précipitation et affinement de la taille de grains.
Cet article détaille les mécanismes selon lesquels une texture cristallographique se forme dans les matériaux. Il suit ainsi l'article [M 3 040] « Définitions et techniques expérimentales » qui détaille les outils permettant de déterminer quantitativement les textures cristallographiques. Il sera lui-même suivi par l'article [M 3 042] « Propriétés des matériaux texturés » qui donne des outils pour calculer les grandeurs anisotropes des matériaux polycristallins et pour optimiser les propriété d'usage de ces matériaux.
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1. Origines et caractéristiques principales des textures cristallines
1.1 Origines et symétries des textures
La texture et les autres paramètres structuraux des agrégats polycristallins sont formés par toutes sortes de procédés de transformation solide, qui se déroulent tout au long de l’histoire du matériau. Ces procédés sont plus particulièrement :
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la cristallisation à partir d’un état non cristallin : vapeur, liquide, verre (solide amorphe) ;
-
la déformation plastique : glissement, maclage, diffusion ;
-
la recristallisation : primaire (statique, par activation thermique), secondaire, grossissement de grain ;
-
la transformation de phase : par diffusion, par transformation martensitique ;
-
la rotation rigide des particules : due à des forces mécaniques, électriques ou magnétiques.
Chacun de ces procédés peut avoir différentes symétries, en particulier :
-
isotropie ;
-
axiale ;
-
orthorhombique ;
-
monoclinique ;
-
triclinique.
Un autre facteur important, influençant la formation de textures, est la structure cristalline. Tous les procédés se produisant dans les cristaux doivent respecter la symétrie cristalline. Par conséquent, la texture résultante doit également posséder cette symétrie. Les textures peuvent ainsi être classifiées dans un cadre tridimensionnel composé d’un procédé de formation, d’une structure cristalline et d’une symétrie de procédé, comme le montre la figure 1 et 3. La symétrie cristalline signifie, du point de vue des textures, la classe cristalline, c’est-à-dire l’un des 32 groupes ponctuels de symétrie. De plus, beaucoup de paramètres additionnels de structure cristalline influencent le procédé de formation de texture et donc les textures résultantes. Chaque point, dans le cadre tridimensionnel de la figure 1, représente en fait un domaine au sein duquel une subdivision permet de distinguer de nombreux types de texture qui diffèrent par la nature même du matériau, par exemple :
-
les métaux (incluant les composants intermétalliques) ;
-
les...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DUCHENE (L.) - « FEM study of metal sheets with a texture based, local description of the yield locus ». - PhD thesis, Université de Liège, Liège, Belgique (en libre accès sur internet, cf. rubrique Sites Internet) (2003).
-
(2) - VAN HOUTTE (P.) - Acta Metallurgica. - 26, 591 (1978).
-
(3) - BUNGE (H.J.), ESLING (C.) - Scripta Metallurgica. - 18, 191 (1984).
-
(4) - BAO (L.), SCHUMAN (C.), LECOMTE (J.-S.), PHILIPPE (M.-J.), ZHAO (X.), ZUO (L.), ESLING (C.) - Computers Materials & Continua. - 15(2), 113 (2010).
-
(5) - BAO (L.), LECOMTE (J.-S.), SCHUMAN (C.), PHILIPPE (M.-J.), ZHAO (X.), ESLING (C.) - Advanced Engineering Materials. - 12(10), 1053 (2010).
-
(6) - WANG (S.), ZHANG (Y.), SCHUMAN (C.), LECOMTE (J.-S.), ZHAO (X.), ZUO (L.), PHILIPPE...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
DAHLEM-KLEIN (E.), KLEIN (H.) et PARK (N.J.). – Program system : ODF-Analysis, Cuvillier-Verlag Göttingen, 109 p. (1993).
PARK (N.J.), KLEIN (H.) et DAHLEM-KLEIN (E.). – Program system : physical properties of textured materials. Cuvillier-Verlag Göttingen, 150 p. (1993).
Schaeben et al. A MATLAB Toolbox for Quantitative Texture Analysis,
Boîte à outils MATLAB pour l’analyse quantitative des textures, développé par H. Schaeben et al., TU Freiberg, Allemagne
http://code.google.com/p/mtex/
MAUD est l’acronyme pour « Material Analysis Using Diffraction », code général d’analyse de diffraction/réflectivité basé en partie sur les méthodes de Rietveld
http://maud.radiographema.com/
BEARTEX est l’acronyme pour « Berkeley Texture Package », ensemble de programmes pour l’analyse quantitative des textures basé sur Windows.
http://www.ecole.ensicaen.fr/_chateign/qta/beartex/
Logiciel...
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