Opérations de recherche
MECAnique des Matériaux et METAllurgie
Responsable : Ioan Ionescu
Responsable-adjoint : Fabien Cazes
Responsable des séminaires : Salma Barboura
Dans l’axe MECAMETA, nous cherchons à mieux comprendre le comportement mécanique des matériaux métalliques et à élaborer de nouveaux matériaux. Pour cela, nos travaux se placent au carrefour des échelles (nano, micro, macro) en utilisant des approches aussi bien numériques qu’expérimentales.
L’axe MECAMETA rassemble l’essentiel des activités portant sur les matériaux de structure (alliages métalliques et matériaux composites principalement), que l’on veut plus performants, plus fiables et plus durables, dans des environnements de plus en plus sévères. On cherche à comprendre et modéliser le comportement mécanique de matériaux complexes et hétérogènes afin de mieux contrôler leurs propriétés. Les mécanismes mis en œuvre (plasticité, endommagement, transformations de phase, ….) étant non-linéaires et actifs à différents échelles, il est nécessaire d’utiliser ou de développer des outils avancés dans les domaines suivants :
- Elaboration et transformations thermo-mécaniques : nous sommes très investi dans l’élaboration de nouveaux alliages et microstructures à base de poudres (SPS et HIP), de matériaux architecturés par fabrication additive, ou encore dans la maitrise de moyens de mise en forme originaux (laminage asymétrique) ;
- Modélisation et simulations : Celles-ci peuvent aller de la dynamique moléculaire aux calculs par éléments finis, en passant par la dynamique discrète des dislocations, les méthodes de champs de phase, et l’homogénéisation.
- Analyse expérimentale : elles sont effectuées à l’aide des moyens dont disposent les services scientifiques du laboratoire, dans lesquels on retrouve une grande diversité d’échelles de caractérisation microstructurale par DRX, AFM, MEB, MET et de caractérisation mécanique grâce notamment à un ensemble de mini-machines adaptables sur MEB, AFM et DRX, pour divers essais (traction, compression, flexion, cisaillement), dans des gammes de températures variées selon les types d’essais (jusqu’à 800°C).
En parallèle, nous contribuons également en partenariat avec d’autres équipes à des études visant, d’une part la modélisation du comportement mécanique de matériaux fonctionnels (en couches minces par exemple) et la prévision de leurs propriétés couplées et, d’autre part la fonctionnalisation de matériaux de structure. Nous développons également des partenariats très forts aux niveaux régional (LABEX SEAM, Fédérations CNRS F2MSP et FERMI), national (CEA, …), international (consortium ITER, USA, Pologne, Algérie, Japon) et industriel (projets FUI et ANR avec les industries de l’énergie, la défense, le transport et l’aéronautique notamment).
Modélisation par FFT de la transformation de phase et de la plasticité associée lors du refroidissement d’aciers biphasés présentant une structure hétérogène en bandes après laminage à chaud. L’austénite (en rouge) se développe d’une part à partir des bandes de perlite et d’autre part à partir des grains de ferrite.
Collaboration R. Brenner (IJLRDA) et Nippon Steel Corporation (Japon).
Otsuka et al., Mater. Sci. Techn., 2019, 35, 187-194.
Exemple d’un très gros cristal de titane pur obtenu par une méthode de croissance de grain couplant écrouissage critique et cyclage thermique.
Photo reconstruite à partir de plusieurs images obtenues au MEB).
Chaubet et al., J. Physics, Conf. Series, 2019, 1270 012045.
Développement et validation d’une méthodologie de mesure des contraintes résiduelles dans des matériaux fortement anisotropes (alliages de titane notamment). Simulation par homogénéisation d’un essai de traction sur du titane et extraction à chaque étape de la déformation élastique macroscopique perpendiculaire à un plan cristallographique donné (que l’on peut mesurer par DRX). Calcul des contraintes résiduelles à partir de ces déformations, en utilisant la méthodologie standard (traitement d’un seul plan) ou en utilisant les données issues de plusieurs plans. Calcul d’un paramètre d’erreur (à droite). Cette erreur est considérablement réduite en réalisant une analyse multi-plans et en tenant compte de l’anisotropie du matériau.
(1) chargement élastique, (2) chargement élasto-plastique, (3) décharge, et (4) rechargement élastique
