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Ch 3 - Les défauts réticulaires

Ch 3 - Les défauts réticulaires. Défauts réticulaires. Ponctuels 1D 2D 3D. •. •. •. •. •. •. 1. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. 2. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. •. 3. •. •. •. •. •. •. •.

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Ch 3 - Les défauts réticulaires

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Presentation Transcript

  1. Ch 3 - Les défauts réticulaires

  2. Défauts réticulaires • Ponctuels • 1D • 2D • 3D

  3. • • • • • • 1 • • • • • • • • • • 2 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 3 • • • • • • • • • • • • • • • • • 4 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Défauts ponctuels • Lacunes : 1 eV / lacune • Auto-interstitiel : 7 eV / auto-interstitiel • Atomes en substitution • Atomes en insertion

  4. Nombre de lacunes • nombre • E=1 eV

  5. Effet des lacunes • La présence de lacunes explique la diffusion dans les solides

  6. Modélisation de la diffusion • Lois de Fick, analogues aux lois de Fourier • Transfert de matière n au lieu de chaleur Q • Gradient de concentration au lieu de température • Un seul coefficient de diffusion en m²/s

  7. Effet Kirkendall • Quand les atomes sont différents, certains diffusent plus vite que d’autres.

  8. Autres effets des lacunes • Pas d’impact sur les propriétés physiques (masse volumique, dilatabilité, température de fusion, …) et de conductibilité • Interfèrent avec d’autres défauts et ont un rôle indirect sur les propriétés mécaniques

  9. Lacunes dans les réseaux ioniques • Existent aussi, mais par paires pour respecter l’électroneutralité.

  10. Les défauts linéaires : les dislocations • Défauts visibles à la microscopie électronique par transmission (lames minces)

  11. Les dislocations - modèles DISLOCATION-COIN DISLOCATION-VIS

  12. DISLOCATION-MIXTE Les dislocations – modèles (suite)

  13. Apparition à la surface • Visualisation à la surface du métal à la microscopie électronique par réflexion

  14. Boucles de dislocations • Association • de 2 dislocations coins (AA’ et DD’) • de 2 dislocations vis (AD et A’D’)

  15. Nombre de dislocations • Nombre (densité), suivant vitesse refroidissement - très lente : qq cm/cm³ - normale : 100 km/cm³ - trempe : 1.000 km/cm³

  16. Caractérisation des dislocations • vecteur de Burgers b • énergie par unité de longueur ½ Gb²

  17. Mouvement des dislocations : le glissement • Déplacement des dislocations, sous l’effet des contraintes extérieures : le glissement. • Les plans et directions de glissement sont ceux définis pour les cristaux parfaits.

  18. Le glissement des dislocations vis • Analogue

  19. Le glissement des dislocations • Le glissement des dislocations est beaucoup plus aisé que celui des plans cristallographiques

  20. Le glissement des dislocations • Mais il conduit à un déplacement infinétisimal

  21. Multiplication des dislocations • On observe qu’en exerçant un effort suffisant, le nombre de dislocations dans le métal se multiplie. • Modèle de Franck-Read.

  22. Fonctionnement d’une source

  23. Fonctionnement d’une source (suite) Annulation des morceaux de dislocation de sens opposé.

  24. Fonctionnement d’une source (fin)

  25. l Tension nécessaire • Equilibre vertical de la corde • Remplacement de T, par ½Gb² • Rmin = ½l

  26. Cristal parfait • Cristal avec sources de FR, où l est de l’ordre du μm et b de l’ordre de l ’Å Tension nécessaire

  27. Arrêt d’une source • Les dislocations s’arrêtent sur des obstacles • croisement avec d’autres dislocations circulant dans des plans qui se coupent (réseaux cubiques) • défauts 2D ou 3D • Généralement ceci provoque l’arrêt des sources après création de 1.000 à 10.000 boucles de dislocations.

  28. Continuation de la déformation plastique • La déformation plastique peut continuer dans la mesure où l’on augmente la tension pour mettre en œuvre d’autres sources de Franck Read moins favorables • Soit que l est plus petit (τ=Gb/l) • Soit qu’elles soient situées dans des plans de glissement moins bien orientés par rapport à l’effort extérieur. • On appelle cela la consolidation et, dans le langage courant, durcissement ou écrouissage.

  29. Effet de la quantité de dislocations sur la tension de glissement • Il ressort de ce qui précède que lorsque l’on augmente le nombre de dislocations dans un métal réel la tension de glissement augmente. • On retrouve ainsi les ordres de grandeur des limites élastiques des métaux réels.

  30. Quantification de l’effet des dislocations dans les métaux réels Niveau de la tension critique de glissement τ=cte+αGbρ avec α=0,35±0,15

  31. ! Conséquence pour les métaux réels • Tension réelle σ=F/S et non F/S0 • Déformation réelle ε=ln(1+e) et non e=Δl/l

  32. Moyens de multiplier les dislocations • Augmenter la vitesse de formation du cristal qq cm/cm³  1.000 km/cm³ • Déformer plastiquement le cristal (Franck-Read), métal écroui  106 à 107 km/cm³ • Bombardement neutronique.

  33. Effet d’un bombardement neutronique Création de nombreux défauts dont des dislocations.

  34. Effet de la multiplication des dislocations La multiplication des dislocations conduit à des accumulations à certains endroits du métal. Ces accumulations peuvent conduire à la formation de microfissures, puis de fissures et enfin la rupture (ductile) On appelle cela l’endommagement du métal.

  35. Autre mouvement des dislocationsLa montée La montée des dislocations est rendue possible par la présence de lacunes. Elle n’est donc effective qu’à haute température. Elle ne nécessite pas d’énergie mécanique.

  36. Glissement (glide) Montée (climb) Première conséquence • La montée permet aux dislocations de franchir des obstacles. Elle s’oppose ainsi à • La concentration des dislocations sur les obstacles et l’endommagement • La consolidation

  37. Deuxième conséquence • La montée permet en outre à des dislocations de sens opposé de se rencontrer et de disparaître.

  38. Restauration • Ce phénomène de répartition plus homogène des dislocations et de réduction de leur nombre, lié à la montée des dislocations, porte le nom de restauration du métal. • Il demande • des températures élevées (il faut beaucoup de lacunes) • du temps (il faut que la diffusion se fasse).

  39. Restauration statique • On l’observe uniquement dans les déformations à chaud. • Elle apparaît clairement pendant les interruptions de déformation (30 secondes à gauche, 24 heures à droite) • A la limite, la restauration statique permet une déformation infinie du métal.

  40. Restauration dynamique • On peut aussi l’observer pendant la déformation et d’autant plus • que la température est élevée

  41. Restauration dynamique • On peut aussi l’observer pendant la déformation et d’autant plus • que la température est élevée • que la déformation est lente En déformant très lentement des cristaux qui restaurent facilement, on peut atteindre des déformations considérables en une seule opération : superplasticité

  42. Conclusions de la théorie des dislocations La théorie des dislocations permet d’expliquer bon nombre des comportements mécaniques des métaux : • La limite élastique • Niveau • Paramètres d’influence ( ρ) • La déformation plastique • Confirmation du glissement, des directions et plans de glissement • Consolidation • Restauration statique et dynamique • L’endommagement et la rupture

  43. Dislocations dans les autres matériaux • Elles existent • Le mode de liaison rend leur déplacement beaucoup plus difficile que dans les métaux.

  44. Conséquences du déplacement aisé des dislocations dans les métaux • La théorie des dislocations explique la grande ductilité des métaux. • Cette ductilité présente de grands avantages. • Elle confère aux métaux une grande résistance au choc : ce que l’on appelle ténacité • Elle permet l’adaptation des structures aux surcharges • Elle facilite grandement la mise à forme

  45. Défauts réticulaires • Ponctuels : lacunes (diffusion) • 1D : dislocations (limite élastique, plasticité, consolidation, restauration, endommagement et rupture) • 2D • 3D

  46. Les défauts 2D sont visibles au microscope optique par réflexion • La surface des métaux réfléchit très bien la lumière. Elle apparaît brillante au microscope. • En attaquant cette surface par un agent corrosif on peut mettre en évidence les défauts de surface, qui sont attaqués en premier lieu et ne réfléchissent plus la lumière.

  47. Les défauts 2D sont visibles au microscope optique par réflexion • L’attaque prolongée de la surface du métal peut révéler que certaines zones du métal sont plus attaquées que d’autres. • C’est le révélateur que différents plans cristallographiques sont présents en surface.

  48. Les macles • Les plans de macles sont des plans de symétrie. • Elles se forment lors de la cristallisation.

  49. Les macles • Elles peuvent aussi résulter de déformations plastiques (mécanisme secondaire)

  50. Les macles • Illustration des zones maclées.

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