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RÉSUMÉ
Sont recensés un grand nombre de dispositifs de déformation à chaud, menées à l'aide de montages développés de manière spécifique, mais sans qu'aucune norme n'ait jamais été édictée. Ces systèmes sont de trois natures différentes, selon le chemin de déformation visé par l’essai : la compression, la traction et la torsion à chaud. La compression et la torsion ont pour objectif l'étude de la rhéologie du matériau à chaud, alors que la traction est, en général, réservée aux aspects liés à l'endommagement. Ces tests permettent de caractériser la sensibilité d’un matériau à la vitesse de déformation ou à la température, de déterminer l’énergie d’activation apparente et les paramètres d’écrouissage et de restauration dynamique.
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Frank MONTHEILLET : Ingénieur civil des mines et Docteur ès Sciences - Directeur de recherche au CNRS
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Christophe DESRAYAUD : Maître assistant
INTRODUCTION
On recense un grand nombre de méthodes de caractérisation à chaud, menées à l'aide de montages développés de manière spécifique, mais sans qu'une norme n'ait jamais été édictée. Une telle norme existe en revanche pour l'essai de mesure de résistance mécanique à froid (norme ASTM).
On distingue trois principaux types d'essais : la compression, la traction et la torsion à chaud. La compression et la torsion ont pour objectif l'étude de la rhéologie du matériau à chaud, alors que la traction est, en général, réservée aux aspects liés à l'endommagement.
Cet article ne détaille pas les dispositifs spécifiques au SPD (Severe Plastic Deformation) tels que l'Equal Channel Angular Extrusion (ECAE), l'Accumulative Roll Bonding (ARB) ou le High Pressure Torsion (HPT) permettant d'accéder à des niveaux de déformation élevée, mais ne fournissant pas de manière directe l'information sur la rhéologie du matériau (contrainte d'écoulement). Par ailleurs, ces dispositifs n'ont été développés que de manière anecdotique à haute température.
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2. Analyse mécanique des essais
2.1 Essais de compression
Le principal intérêt de cette première catégorie d'essais rhéologiques à chaud réside dans le chemin de déformation imposé, voisin de ceux rencontrés en forgeage (compression uniaxiale) ou en laminage (compression plane). Contrairement au cas de l'essai de torsion, la vitesse de déformation est théoriquement uniforme en l'absence de frottement entre l'échantillon et les outils, de telle sorte que l'entrée en régime de déformation plastique s'effectue pratiquement au même instant en tout point du matériau testé.
Les essais de compression sont donc bien adaptés à la détermination du comportement mécanique aux faibles déformations, en particulier à la température ambiante où l'usage d'un lubrifiant performant (film de téflon™) permet de minimiser les effets du frottement. En revanche, le frottement joue un rôle considérable aux températures élevées, car les lubrifiants disponibles (nitrure de bore BN, graphites, verre à l'état pâteux) sont beaucoup moins efficaces. Comme son effet augmente rapidement avec la déformation, celle-ci est généralement limitée à une valeur nominale de l'ordre de l'unité. La déformation utile est également limitée par l'effort à fournir qui augmente en proportion de la section croissante de l'échantillon au cours de l'essai.
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On utilise généralement un échantillon cylindrique de hauteur initiale H 0 et de section circulaire de rayon initial R 0 (figure 9 a ). Si le matériau étudié peut être considéré comme homogène et isotrope, l'échantillon conservera la même forme en cours de déformation et l'essai est donc axisymétrique. Pour simplifier l'analyse mécanique de l'essai, l'effet de « bombé », dû au frottement sur les outils, est négligé.
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Le tenseur des vitesses de déformation est alors uniforme à tout instant et s'écrit dans le système d'axes (x 1, x 2, x 3) sous la forme :
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MONTHEILLET (F.) - Métallurgie en mise en forme à froid - [M 3 030].
-
(2) - FELDER (E.) - Lubrification des surfaces lors de la mise en forme - [M 597].
-
(3) - MONTHEILLET (F.) - Métallurgie en mise en forme à chaud - [M 3 031].
-
(4) - LOVEDAY (M.S.), MAHON (G.J.), ROEBUCK (B.), LACEY (A.J.), PALMIERE (E.J.), SELLARS (C.M.), VAN DER WINDEN (M.R.) - Measurement of flow stress in hot plane strain compression tests - Materials at High Temperatures 23, p. 85-118 (2006).
-
(5) - MAURICE (C.), DRIVER (J.H.) - High temperature plane strain compression of cube oriented aluminium crystals - Acta Mater. 41, p. 1653-1664 (1993).
-
(6) - VANDERESSE (N.), DESRAYAUD (Ch.), GIRARD-INSARDI (S.), DARRIEULAT (M.) - Channel-die compression at high temperature - Mater. Sci. Eng. A 476,...
ANNEXES
Thèses
GAVARD (L.) - Recristallisation dynamique d'aciers inoxydables austénitiques de haute pureté - Thèse, Ecole des Mines de Saint-Etienne (2001).
DUMANOWSKI (B.) - Simulation de traitements thermomécaniques de l'alliage de titane Ti-6 % Al-4 %V dans le domaine biphasé α + β - Thèse, Ecole des Mines de Saint-Etienne-INPG (1997).
GOURGUES (A.-F.) - Interactions mécanique-oxydation à haute température dans l'alliage 600 : application à la fissuration dans le milieu primaire des réacteurs nucléaires à eau sous pression - Thèse, Ecole des Mines de Paris (1997).
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