Verres Métalliques et leurs Nanocomposites: Déformation hétérogène - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Metallic glasses and their Nanocomposite: Heterogeneous deformation

Verres Métalliques et leurs Nanocomposites: Déformation hétérogène

Résumé

Mechanical behaviour study of Bulk Metallic Glasses and their nanocomposites was carried out. It treats the heterogeneous deformation of metal glasses and the prospects for ductilization by dispersion of fine nanocrystals in amorphous matrix. We show that plastic deformation of metallic glasses is strongly localised in shear bands. An atomic rearrangement leading to a rapid increase of local free volume and the activation of a ‘Shear Zone' could be the elementary mechanism of shear bands nucleation in metallic glasses. When this occurs, the temperature in nucleated shear bands increase and the viscosity drop leading to local softening and a quasi-brittle macroscopic failure. Excess free volume and his evolution are measured for the first time by X-rays diffraction in transmission. This method makes possible to give a direct experimentally evidence of the free volume increase in the proximity of shear bands during the deformation and allow quantitative study of structural relaxation kinetics. Generation of dispersions of crystalline nanoparticles of sizes lower than elementary shear bands thickness in amorphous metal matrix by precise annealing in the beam of synchrotron light lead to significant plastic deformation of BMG-nanocomposite at room temperature. This involves a new process of mechanical hardening in shear bands and strain delocalization. In-situ deformation in the TEM show that the strain delocalisation and structural hardening appear directly connected to the growth in shear bands of nanocrystals during plastic deformation as well as the nucleation of new crystals. The behaviour of material in shear bands active in metallic glasses containing nanocrystal dispersions is compared to that of semi-solid slurries where the metallic glass behaves liquid-like under shear and the nanocrystalline phase acts as a solid component whose volume fraction grows during shear.
Une étude sur le comportement mécanique des verres métalliques massifs et leurs nanocomposites a été réalisée. Elle traite la déformation hétérogène des verres métalliques et les perspectives de ductilisation par la dispersion fine des nanocristaux dans la matrice métallique amorphe. La déformation plastique des verres métalliques est fortement localisée dans des bandes de cisaillement. Un réarrangement atomique menant à une croissance rapide de volume libre local et à l'activation d'une ‘Zone de Cisaillement' constitue le mécanisme élémentaire de nucléation de bandes de cisaillement dans les verres métalliques. Dans ces bandes, la température augmente et la viscosité chute provoquant un adoucissement local et une rupture macroscopique quasi-fragile. Le volume libre d'excès dans les verres métalliques est mesuré pour la première fois par la méthode de diffraction de rayons-X en transmission. Cette méthode permet de donner une évidence expérimentale directe d'une croissance de volume libre dans la proximité des bandes de glissement au cours de la déformation et d'étudier les cinétiques de relaxation structurale. L'introduction des nanocristaux de tailles inférieures à l'épaisseur de la bande de glissement élémentaire par recuit contrôlé, réalisé sous faisceau de lumière synchrotron, permet d'améliorer la ductilité des BMG par durcissement de matériau dans les bandes de cisaillement et délocalisation de la déformation. Des essais de déformation in-situ dans le MET montrent que ce mécanisme est directement lié à la croissance des nanocristaux préexistants au cours de la déformation ainsi qu'à la germination autocatalytique de nouveaux cristaux. Le comportement du matériau dans les bandes de cisaillement actives contenant une dispersion de nanocristaux est comparé à celui d'un milieu semi-solide où le verre métallique est dans un état de liquide surfondu sous cisaillement et la phase solide est constituée des nanocristaux dont la fraction volumique augmente durant le cisaillement.
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Dates et versions

tel-00441787 , version 1 (17-12-2009)

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  • HAL Id : tel-00441787 , version 1

Citer

Khalil Hajlaoui. Verres Métalliques et leurs Nanocomposites: Déformation hétérogène. Sciences de l'ingénieur [physics]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00441787⟩

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