Analysis of the cyclic plasticity of a TWIP steel and of the role of twinning/detwinning using sub-micrometric imaging and field measurements
Analyse de la plasticité cyclique d'un acier TWIP et du rôle du maclage/démaclage à l'aide d'imagerie et de mesures de champs sub-micrométriques
Résumé
This work aims at clarifying the cyclic plasticity of TWIP steels and the role of twinning / detwinning during cyclic hardening by monitoring the twinning activity using sub-micrometric imaging and plastic strain field measurements to distinguish nanotwins. The stress for the onset of twinning in tension was estimated between 400 and 475 MPa. Detwinning (as well as secondary twinning on systems coplanar to primary twins), during load reversal, and retwinning, during subsequent forward loading were observed during push - pull in situ tests under an AFM and a SEM with HR-DIC. Detwinning and retwinning seems to be activated at a stress level close (in absolute value) to the threshold stress for twinning. The backstress induced by the neighbouring grains hinders the growth of primary twins and favors detwinning or secondary coplanar twinning. Under fixed stress amplitude, the twin fraction saturates after the first cycle while under fixed plastic strain amplitude it increases continuously during the cyclic hardening stage. In both cases, twinning / detwinning accommodates a decreasing fraction of the plastic strain amplitude. At the macroscopic scale, cyclic hardening stage is followed by a more modest softening stage. The importance of both hardening and softening rises with the loading amplitude. Under fixed plastic strain amplitude, the hardening is mostly due to an increase of the kinematic component (X) of the flow stress, which is associated to twinning, dislocation cells and stacking faults, while the softening is mostly due to the decrease of the isotropic component (R), which has been attributed to the destruction of the short range order. Under fixed stress amplitude, R follows a similar evolution and X starts at a high value, due to the intense twinning during the first tension, and then it hardly evolves. A constitutive law that adequately simulates the cyclic tests was identified from the data collected under fixed plastic strain amplitude.
L’objectif de la thèse est d’approfondir la compréhension de la plasticité cyclique des aciers TWIP et du rôle joué par le maclage / démaclage lors du durcissement cyclique en suivant l’activité de maclage à l’aide d’imagerie et de mesures de champs de déformation plastique submicrométriques, échelle permettant de discerner les nano-macles. La contrainte seuil de maclage en traction a été estimée entre 400 et 475 MPa. Le démaclage (pouvant être accompagné d’un maclage secondaire sur les systèmes coplanaires aux macles primaires), lors de l’inversion du chargement, et le remaclage, lors de la rampe de traction suivante, ont été mis en évidence en traction - compression lors d’essais in situ sous AFM et sous MEB avec corrélation d’images. Un niveau de contrainte en valeur absolue proche de la contrainte seuil de maclage semble nécessaire pour activer le démaclage et le remaclage. La contrainte en retour exercée par les grains voisins freine la croissance des macles primaires et favorise le démaclage et le maclage secondaire. A amplitude de contrainte imposée, la fraction maclée stagne après le premier cycle alors qu’à amplitude de déformation plastique imposée elle augmente lors du durcissement cyclique. Dans les deux cas, le maclage / démaclage accommode une fraction décroissante de l’amplitude de déformation plastique. A l’échelle macroscopique, le durcissement cyclique est suivi d’un adoucissement plus modeste. L’intensité de ces deux stades varie avec l’amplitude imposée. A amplitude de déformation plastique imposée, le durcissement est majoritairement du à l’augmentation de la composante cinématique (X) de la contrainte d’écoulement, qui a été associée au maclage, aux cellules de dislocations et aux fautes d’empilement, alors que l’adoucissement est majoritairement du à la diminution de la composante isotrope (R), qui a été attribuée à la destruction de l’ordre à courte distance. A amplitude de contrainte imposée, R suit une évolution similaire et X démarre à une valeur élevée, due au maclage intense lors de la première traction, et évolue ensuite assez peu. Une loi de comportement simulant convenablement les essais a été identifiée à partir des données recueillies à amplitude de déformation plastique imposée.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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