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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,
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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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Origines et caractéristiques principales des textures cristallinesArticle inclus dans l'offre
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4. Glossaire
microstructure ; microstructure
Ensemble de caractéristiques d'un matériau, notamment polycristallin, telles que la taille et la forme des grains, l’orientation cristallographique des grains, la fraction déformée ou recristallisée.
texture cristallographique ; crystallographic texture
Orientation cristallographique des grains, définie par une fonction de probabilité de densité des orientations, dont l'une des limites serait le cas où les grains posséderaient tous la même orientation, l'autre le cas où chaque grain possède sa propre orientation, sans préférence pour une (chacune ayant la même probabilité a priori d'être observée).
déformation plastique ; plastic deformation
Déformation irréversible qui, contrairement à la déformation élastique qui s'annule lorsque le chargement mécanique cesse d'être appliqué au matériau, la déformation plastique reste permanente. Elle est opérée principalement par glissement cristallographique ou par maclage.
glissement cristallographique ; crystallographic glide
Phénomène produit par le mouvement coordonné et continu de lignes de dislocations sur des plans du réseau cristallin appelés plans de glissement et dans des directions cristallines contenues dans ces plans appelées directions de glissement
maclage ; twinning
Cisaillement discret d’une partie du réseau cristallin par lequel il se trouve dans une orientation symétrique (symétrie miroir ou axe de symétrie de 180°) par rapport à l'orientation initiale, la cristallisation initiale non déformée est appelée matrice pour la distinguer de la macle.
recristallisation primaire ; primary recrystallization
Après la déformation plastique, le réseau cristallin dit « écroui » contient une grande densité de défauts du réseau cristallin, surtout des dislocations, dans lesquels de l'énergie élastique est stockée. Sous l'effet d'un traitement thermique, cette énergie provoque une réorganisation du réseau cristallin et reconstitue un réseau cristallin sans défauts. Les orientations cristallographiques et la taille des grains peuvent changer pendant ce processus.
microscopie électronique à balayage ; scanning electron microscope
Dans l'utilisation courante du microscope à balayage en mode réflexion, la surface de l'échantillon massif...
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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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