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1 - STRUCTURE DES VERRES MÉTALLIQUES ET ORIGINE DE LA DÉFORMATION PLASTIQUE

2 - DÉFORMATION HOMOGÈNE

3 - DÉFORMATION HÉTÉROGÈNE

4 - APPLICATIONS ET DÉVELOPPEMENT POTENTIELS

Article de référence | Réf : N2720 v1

Propriétés mécaniques des verres métalliques

Auteur(s) : Yannick CHAMPION, Marc BLÉTRY

Relu et validé le 01 oct. 2020

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Présentation

RÉSUMÉ

Les verres métalliques massifs sont des alliages récents, dont les comportements mécaniques sont étudiés depuis de nombreuses années déjà. Ainsi, leurs modes de déformations, liés à l'absence d'ordre atomique, se distinguent par de grands allongements à haute température et l'absence de ductilité à basse température. Cet article présente les principaux modèles des verres métalliques, en mettant l'accent sur le modèle du volume libre, permettant de comprendre et de modéliser la déformation de ces alliages. Les principales caractéristiques en déformation homogène et hérérogène sont détaillées, suivies d'un aperçu du potentiel en termes d'applications. La déformation homogène est analysée en terme de viscosité de ces composés et montre le fort potentiel de ces alliages pour la mise en forme. La déformation hétérogène, avec l'absence de ductilité et la manifestation de niveau de contrainte à rupture proche de la contrainte théorique, est associée à la génération de bandes de cisaillement dans l'alliage contraint. L'évolution des propriétés à basse température comme la génération de ductilité est liée à la gestion de ces bandes de cisaillement.

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ABSTRACT

Mechanical properties of metallic glasses

The mechanical properties of bulk metallic glasses, a new type of alloy, have been studied for around than 20 years. Plastic deformation behaviors are related to the absence of long range atomic ordering which induces intensive plastic deformation at high temperature and absence of ductility at low temperature. In this article, main atomic descriptions of amorphous phase are described laying particular emphasis on the free volume model which is the most relevant in order to understand and model the mechanical behavior. Homogenous and non homogenous deformation modes are detailed followed by potential applications of the bulk metallic glasses. Homogenous deformation is analyzed through viscosity properties and the potentiality for alloy net forming is emphasized. Non homogenous deformation is characterized by the absence of macroscopic ductility and strength close to the theoretical one is analyzed in terms of shear band formation and propagation, which control should lead to some new properties such as ductility.

Auteur(s)

INTRODUCTION

Les verres métalliques ont commencé à être produits suivant les méthodes de melt spinning dans les années 1960, et il faut attendre le début des années 1980 pour qu'ils soient élaborés sous forme massive, c'est-à-dire avec une plus petite dimension supérieure au millimètre, par des techniques de creuset froid. Ces alliages se définissent avant tout par leur absence d'ordre à longue distance, qui leur confère des propriétés mécaniques profondément différentes de celles de leurs homologues cristallins. En effet, dans le cas des métaux ordinaires, celles-ci sont essentiellement fixées par les défauts à l'échelle du cristal (dislocations, joints de grains, lacunes, etc.). Dans le cas des verres, en l'absence de réseau cristallin et de symétrie de translation, ces défauts ne peuvent pas être définis. Il s'ensuit, notamment, une élévation importante de la limite élastique à température ambiante, proche de la limite théorique. Par ailleurs, si la structure des verres métalliques les éloigne des métaux ordinaires, elle les rapproche d'autres classes de matériaux : les matériaux amorphes, tels que les polymères ou les verres d'oxydes. De fait, les verres métalliques vont présenter des comportements analogues à ces classes de matériaux. Tout d'abord, on pourra définir deux températures caractéristiques essentielles : la température de transition vitreuse (Tg) et la température de cristallisation (Tx). En termes de propriétés mécaniques, à haute température – proche de la transition vitreuse –, ils présentent une très forte capacité à la déformation plastique que l'on rencontre également dans le cas des polymères et des verres d'oxyde. À température ambiante, en revanche, leur rupture se produit dans des conditions macroscopiquement fragiles (comme pour les verres ordinaires ou des polymères à froid), même si elle est précédée d'une intense activité plastique extrêmement localisée dans des bandes de cisaillement. En outre, à proximité de la transition vitreuse, les verres métalliques présentent un comportement anélastique similaire, voire identique à celui des polymères et des verres d'oxydes. Il ressort de ces rapides observations que les propriétés mécaniques des verres métalliques vont être largement déterminées par la nature amorphe de leur structure.

Le présent article introduit tout d'abord les données essentielles sur la structure des verres métalliques et présente succinctement les modèles de plasticité les plus étudiés actuellement. La deuxième partie s'intéresse plus particulièrement à la déformation homogène des verres métalliques, qui se produit à des températures proches de la transition vitreuse et intéressera essentiellement les étapes de mise en forme. La troisième partie se concentre sur le mode dit hétérogène – rencontré à température ambiante – qui fixe les propriétés d'usage des verres métalliques. Enfin, la dernière partie introduit des aspects plus applicatifs – ou « ingénieur » – tels que les propriétés spécifiques et les technologies, pour lesquels ces matériaux sont d'ores et déjà utilisés, ainsi que des perspectives d'application à plus ou moins long terme.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n2720


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - NIEH (T.G.), WADSWORTH (J.) -   Homogeneous deformation of bulk metallic glasses.  -  Scripta Materialia, 54, p. 387-392 (2006).

  • (2) - DUBACH (A.), RAGHAVAN (R.), LÖFFLER (J.F.), MICHLER (J.), RAMAMURTY (U.) -   Micropillar compression studies on a bulk metallic glass in different structural states.  -  Scripta Materialia, 60, p. 67-570 (2009).

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  • (5) - GREER (A.L.) -   *  -  Materials Today, 12, p. 14-22 (2009).

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  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Événements

International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials – ISMANAM

International Conference on Rapidly Quenched and Metastable Materials

International Bulk Metallic Glass Conference

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CNRS, 2-8, rue Henri-Dunant, 94320 Thiais Cedex http://www.icmpe.cnrs.fr/

Plate-forme Élaboration d'Alliages Métalliques et Céramiques de l'Institut de Chimie et des matériaux Paris Est, CNRS et Université...

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