Influence des instabilités des bandes de déformation sur la production à petite échelle d'un Mg

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5767 (2023) Citer cet article

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Des bandes de déformation se propageant sont observées pour s'adapter à la plasticité initiale dans un alliage Mg-1,5Nd tel qu'extrudé sous tension en utilisant la corrélation d'images numériques. Les bandes qui se propagent provoquent un plateau inhabituel dans la réponse contrainte-déformation de l'alliage avant de restaurer un écrouissage décroissant commun avec une déformation supplémentaire. Les effets des bandes de déformation et du plateau sous-jacent dans la contrainte d'écoulement sur la limite d'élasticité à petite échelle sont étudiés lors de la fatigue à faible cycle (LCF) et de la tension d'éprouvettes entaillées. On observe que la formation/disparition alternée de bandes de déformation dans la section de jauge des éprouvettes LCF telles qu'extrudées pendant les tests réduit la durée de vie par rapport aux éprouvettes recuites ne présentant aucune instabilité. En revanche, les bandes dévient la zone plastique en avant de l'entaille du plan principal orthogonal à la charge appliquée, induisant un effet positif sur la ténacité de l'alliage.

Les alliages dans lesquels se produit ce que l'on appelle le phénomène de limite d'élasticité présentent une étape caractéristique de plateau, c'est-à-dire une contrainte d'écoulement presque constante lors de l'élasticité1,2. La déformation plastique dans le plateau se produit localement à travers des instabilités telles que des bandes de déformation, souvent appelées bandes de Lüders3,4. Si de tels phénomènes d’instabilité plastique sont fréquemment observés dans les aciers doux lors de la déformation en traction5,6, ils sont moins fréquents dans les alliages de Mg7,8,9. Traditionnellement, l'écoulement plastique inhomogène dans les alliages de Mg était largement associé à l'avalanche d'activité de torsion d'extension localisée . Le maclage, en tant que mécanisme de déformation important dans Mg, dépend du chemin de chargement par rapport à l'orientation des cristaux de grains . Plus précisément, la déformation des alliages de magnésium hautement texturés en compression dans le sens de l'extrusion ou du laminage est dominée par le jumelage en extension . Des cascades de jumeaux où les jumeaux dans un grain stimulent les jumeaux dans les grains voisins à travers la limite des grains pourraient également se produire11,19,20,21,22. Étant donné que le maclage en extension provoque peu d'écrouissage dans les alliages de Mg, l'apparition d'un maclage abondant, également appelé double baguage, pourrait induire un plateau dans la réponse mécanique.

Au lieu du maclage, des phénomènes d'instabilité plastique induits par des dislocations ont récemment été identifiés dans certains alliages de magnésium, en particulier ceux contenant des éléments de terres rares7,9,28,29,30,31. Comme dans les aciers, l’interaction entre atomes de soluté et/ou petits précipités et dislocations dans Mg peut fortement influencer le comportement d’écoulement et conduire à des instabilités plastiques détectables à l’échelle macroscopique28. Bien que décrites pour la première fois il y a plus de 150 ans, les études sur les instabilités plastiques ont principalement été réalisées sur des aciers32 et d'autres métaux cubiques centrés (bcc)33. Le nombre d’études sur ce sujet dans les alliages de Mg est limité. Compte tenu de l’intérêt croissant pour les alliages légers34,35,36,37, il est désormais intéressant de comprendre la nature et les conséquences des phénomènes d’instabilité plastique dans les alliages de Mg.

Les instabilités plastiques sont considérées comme des phénomènes indésirables lors des opérations de mise en forme en raison des irrégularités de surface qu'elles créent appelées déformations d'étirement, bandes de Luders ou de Hartman38. Il reste à déterminer si ces instabilités pourraient avoir des effets positifs sur le comportement des alliages de magnésium. Dans les essais de fatigue faiblement cyclique (LCF), les amplitudes de déformation sont généralement fixées à moins de 3 %39,40,41. Dans les essais de ténacité à la rupture, la zone plastique située en avant du fond de fissure est utilisée pour évaluer la ténacité intrinsèque42. Ces deux tests impliquent respectivement une faible déformation plastique et une déformation plastique localisée. Étant donné que les phénomènes d'instabilité plastique sont susceptibles d'influencer ces propriétés d'élasticité à petite échelle, ce travail étudie ici le LCF et la ténacité de l'alliage Mg – 1, 5 Nd présentant les phénomènes observés .