Opérations de recherche
Mécanique des Matériaux et Métallurgie
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. Afin de mieux comprendre et modéliser le comportement mécanique de matériaux complexes et hétérogènes, et d’ainsi mieux contrôler leurs propriétés finales, les travaux menés sont à la fois expérimentaux et numériques. 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 de
- l’élaboration et des transformations thermo-mécaniques : l’axe MECAMETA est désormais 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 peu standards (laminage asymétrique) ;
- la modélisation et des simulations qui peuvent dorénavant 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.
- l’analyse expérimentale à l’aide des moyens réunis dans les services scientifiques, 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).
A côté de ces études, l’axe contribue 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. Il est par ailleurs en dialogue constant avec les services scientifiques communs. Il développe 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
