Transitions de phase et microstructures induites dans les métaux en conditions extrêmes : fer et étain - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Phase transitions and associated microstructures in metals under extreme conditions : iron and tin

Transitions de phase et microstructures induites dans les métaux en conditions extrêmes : fer et étain

Robin Fréville
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1362447
  • IdRef : 274518333

Résumé

The study of microstructure-property relationships is a significant field in materials engineering, particularly in metals. Using the examples of iron and tin, we demonstrate that microstructures formed in diamond anvil cells under extreme conditions (high pressure: range 10-120 GPa, high temperature) can be imaged through X-ray diffraction with micrometric resolution. These measurements, based on mono- and multi-grain analyses, provide insights into the mechanisms involved in phase transitions (solid-liquid or solid-solid), and offer possibilities for synthesizing materials with specific properties. The phase diagram of tin has been measured up to 110 GPa/4000 K, leading to a new melting curve proposal. Starting from single-crystal samples, the β − γ transition has been investigated, revealing martensitic mechanisms coupled with twinning. Solid-solid transitions in iron (α − ε, α − γ, γ − ε) have been studied near the triple point α − γ − ε. The mechanisms driving these transitions are highly diverse: a martensitic character for α − ε and γ − ε, involving significant plastic deformation for α − ε, while a reconstructive mechanism for α − γ. A novel experimental setup, enabling the measurement of strain fields through image correlation, provides additional insights into the α − ε transition in iron.
L’étude des relations microstructure-propriétés est un domaine considérable de l’ingénierie des matériaux, en particulier des métaux. Sur les exemples du fer et de l’étain, nous montrons que les microstructures formées en cellule à enclumes de diamants sous conditions extrêmes (haute pression : domaine 10-120 GPa, haute température) peuvent être imagées par diffraction X avec une résolution micrométrique. Ces mesures basées sur l’analyse mono- et multi-grains donnent entre autres des informations sur les mécanismes mis en jeu lors de transitions de phase (solide-liquide ou solide-solide). Elles permettent d’envisager la synthèse de matériaux ayant des propriétés particulières. Le diagramme de phase de l’étain a été mesuré jusqu’à 110 GPa/4000 K. Une nouvelle courbe de fusion a pu être proposée. En partant d’échantillons monocristallins, la transition β − γ a été étudiée et des mécanismes martensitiques couplés à du maclage ont été mis en évidence. Les transitions solide-solide du fer (α − ε, α − γ, γ − ε) ont été étudiés près du point triple α − γ − ε. Les mécanismes mis en jeu lors de ces transitions sont très différents : un caractère martensitique pour α − ε et γ − ε, avec une forte déformation plastique pour α − ε, mais un mécanisme reconstructif pour α – γ. Un nouveau dispositif expérimental permettant la mesure de champs de déformation par corrélation d’images apporte des éléments supplémentaires sur la transition α − ε du fer.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04499904 , version 1 (11-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04499904 , version 1

Citer

Robin Fréville. Transitions de phase et microstructures induites dans les métaux en conditions extrêmes : fer et étain. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Université Paris-Saclay, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPASP133⟩. ⟨tel-04499904⟩
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