Modélisation du maclage à l’échelle atomique dans les métaux hexagonaux : germination et migration de disconnections dans le zirconium, le titane et le magnésium - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2017

Atomic scale modeling of twinning in zirconium and titanium

Modélisation du maclage à l’échelle atomique dans les métaux hexagonaux : germination et migration de disconnections dans le zirconium, le titane et le magnésium

Olivier Mackain
  • Function : Author
  • PersonId : 771976
  • IdRef : 204186781

Abstract

The aim of this thesis is to identify and quantify the parameters of importance when dealing with twin thickening in three hcp metals (Zr, Ti, Mg). The mechanism we study is the glide of twinning dislocations, i. e. the disconnection, along the perfect twin boundaries. We first focus on the nucleation of disconnection before addressing their migration. A study using an EAM potential allows us to validate an original coupling between our atomistic simulations and linear elasticity in order to extract the core energy of disconnection.We then show how this coupling permits to divide the formation energy in two terms: the core contribution, intrinsec to the disconnections, and an elastic one, which depends on the disconnection's environment. Thanks to this partition, we model the formation of isolated disconnection that may appear along the different twin planes. We select the dipoles of lowest formation energies in order to perform ab initio calculations and compare the behavior observed the three different metals. We then model the migration of disconnections along the perfect twin planes. To do so, we use the Nudged Elastic Band method, and find out that the migration energy of disconnections is one order of magnitude lower than their formation energies. We therefor conclude that the disconnection nucleation is the rate limiting factor to explain twin thickening thanks to the creation and motion of disconnection
L'objectif de la thèse est d'identifier et de quantifier les paramètres régissant l'épaississement des macles dans trois métaux hexagonaux (Zr, Ti, Mg). Le mécanisme que nous étudions est le glissement de dislocations d'interfaces, i.e. les disconnections, le long des joints de macles parfaits. Nous nous intéressons alors à la germination des disconnections avant de nous concentrer sur leur migration.Une première étude en potentiel empirique permet de valider un couplage original avec la théorieélastique afin d'extraire des simulations atomiques l'énergie de cœur des disconnections. Cette méthode permet de partitionner l'énergie entre une contribution de cœur, intrinsèque à la disconnection et une partie élastique qui dépend de l'environnement de la disconnection. Cette partition faite, nous modélisons alors l'énergie de formation de dipôles de disconnections isolés, pour chacun des différents joints de macles. Cette modélisation nous permet alors de sélectionner les dipôles de disconnections les plus pertinents que nous étudions par la méthode abinitio.Nous modélisons ensuite la migration des disconnections le long des joints de macles parfaits.Pour cela, nous montrons via l'utilisation de la méthode Nudged Elastic Band, que l'énergie demigration est d'un ordre de grandeur inférieur à l'énergie de formation. Ainsi, l'énergie de formation des dipôles de disconnections apparait comme prédominant dans la croissance des macles
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Dates and versions

tel-01591565 , version 1 (21-09-2017)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01591565 , version 1

Cite

Olivier Mackain. Modélisation du maclage à l’échelle atomique dans les métaux hexagonaux : germination et migration de disconnections dans le zirconium, le titane et le magnésium. Matériaux. Université de Lyon, 2017. Français. ⟨NNT : 2017LYSE1134⟩. ⟨tel-01591565⟩
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