Experimental and numerical study of the mechanical behaviour modelling of a metal-ceramic composite : MoTiC30%
Etudes expérimentale et numérique du comportement mécanique d'un composite métal – céramique : MoTiC30%
Résumé
In the scope of refractory materials development for structural applications in the core of the future nuclear reactors, several studies have been developed. The aim of this work is to increase the knowledge of the mechanical behaviour and the damage of the ceramic-metal composite Mo(TiC)x% under the temperature range [25 – 700 °C].
The identification of the third phase, formed by diffusion during the sintering step was identified by microstructutal characterization. Experimental study also revealed the percolation of the ceramic particles through the structure.
Mechanical tests highlight the main characteristics of the material: the macroscopic behaviour depends on the strain rate on the first hand and the temperature on the other hand. These mechanisms are attributed to the thermally activated behaviour of molybdenum.
Simulations have been made on several microstructures considering elastic-brittle inclusion in a viscoelastic matrix. A polycrystalline model was used to simulate the evolution of the mechanical behaviour of the composite. The numerical aggregate, used for the simulation, was built from a 3D reconstruction technique thanks to acquisition of FIB/EBSD/SEM data.
The results of the model are in accordance with the experimental results and allow to describe under different temperature:
- the plasticity mechanisms of molybdenum, taking into account of the low/high temperature transition;
- the damage of titanium carbide and the percolation effects.
The identification of the third phase, formed by diffusion during the sintering step was identified by microstructutal characterization. Experimental study also revealed the percolation of the ceramic particles through the structure.
Mechanical tests highlight the main characteristics of the material: the macroscopic behaviour depends on the strain rate on the first hand and the temperature on the other hand. These mechanisms are attributed to the thermally activated behaviour of molybdenum.
Simulations have been made on several microstructures considering elastic-brittle inclusion in a viscoelastic matrix. A polycrystalline model was used to simulate the evolution of the mechanical behaviour of the composite. The numerical aggregate, used for the simulation, was built from a 3D reconstruction technique thanks to acquisition of FIB/EBSD/SEM data.
The results of the model are in accordance with the experimental results and allow to describe under different temperature:
- the plasticity mechanisms of molybdenum, taking into account of the low/high temperature transition;
- the damage of titanium carbide and the percolation effects.
Dans le cadre du développement des réacteurs de génération IV, de nouvelles études sont menées dans le domaine des matériaux. L'objectif de ce travail est d'améliorer la compréhension du comportement mécanique et de l'endommagement de composites à matrice métallique Mo(TiC)x% contenant une forte fraction volumique de particules, et cela, dans le domaine de températures [25 – 700 °C].
La caractérisation microstructurale a permis de comprendre l'histoire du matériau et d'identifier la nature d'une troisième phase (Mo,Ti)C fomée par diffusion du molybdène dans le carbure de titane. L'étude expérimentale a aussi révélé la percolation des particules céramiques au sein de la structure.
Les essais mécaniques ont mis en évidence les principales caractéristiques du matériau : le comportement macroscopique dépend à la fois de la vitesse de déformation et de la température. Ces mécanismes sont attribués au comportement thermiquement activé du molybdène.
Nous proposons alors diverses simulations de microstructures comprenant des inclusions élastiques-fragiles dans une matrice viscoélastique. L'évolution du comportement mécanique du composite a été modélisée à l'aide d'une approche cristalline sur un agrégat 3D réel. L'agrégat numérique utilisé pour modéliser le comportement mécanique fait appel à une technique de reconstruction 3D via une acquisition par FIB/SEM/EBSD.
Ainsi, la réponse du modèle est en bon accord avec les résultats expérimentaux et permet de décrire en fonction de la température :
- les mécanismes de plasticité du molybdène, en tenant compte de la transition basse/haute température ;
- l'endommagement du carbure de titane et les effets de la percolation.
La caractérisation microstructurale a permis de comprendre l'histoire du matériau et d'identifier la nature d'une troisième phase (Mo,Ti)C fomée par diffusion du molybdène dans le carbure de titane. L'étude expérimentale a aussi révélé la percolation des particules céramiques au sein de la structure.
Les essais mécaniques ont mis en évidence les principales caractéristiques du matériau : le comportement macroscopique dépend à la fois de la vitesse de déformation et de la température. Ces mécanismes sont attribués au comportement thermiquement activé du molybdène.
Nous proposons alors diverses simulations de microstructures comprenant des inclusions élastiques-fragiles dans une matrice viscoélastique. L'évolution du comportement mécanique du composite a été modélisée à l'aide d'une approche cristalline sur un agrégat 3D réel. L'agrégat numérique utilisé pour modéliser le comportement mécanique fait appel à une technique de reconstruction 3D via une acquisition par FIB/SEM/EBSD.
Ainsi, la réponse du modèle est en bon accord avec les résultats expérimentaux et permet de décrire en fonction de la température :
- les mécanismes de plasticité du molybdène, en tenant compte de la transition basse/haute température ;
- l'endommagement du carbure de titane et les effets de la percolation.