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RÉSUMÉ
La fabrication de nouveaux matériaux aux caractéristiques mécaniques ou physiques élevées a conduit les chercheurs à développer des techniques de déformation plastique dites «sévères» qui assurent un affinement microstructural poussé. Cet article présente un préambule sur les matériaux à grains ultra fins et les matériaux nanostructurés et explique en détail, le procédé d’extrusion dans un canal angulaire par ECAP (Equal Channel Angular Pressing), ainsi que les divers aspects qui lui sont liés.
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Processing new materials with high-performance mechanical or physical characteristics has prompted researchers to develop what are termed severe plastic deformation techniques to achieve high microstructural refinement. This article presents ultrafine-grained and nanostructured materials, and in more specific detail, the Equal Channel Angular Pressing (ECAP) process and its various aspects.
Auteur(s)
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Fayçal HADJ-LARBI : Maître de Recherche - Centre de développement des technologies avancées, Baba Hassen, - Alger, Algérie
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Baya ALILI : Directeur de Recherche - Faculté de Physique, université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene, - Alger, Algérie
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Djamel BRADAI : Directeur de Recherche - Faculté de Physique, université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene, - Alger, Algérie
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Anne-Laure HELBERT : Maître de Conférences - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay, UMR CNRS 8182, - Université Paris-Sud, - Université Paris-Saclay, France
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Thierry BAUDIN : Directeur de Recherche au CNRS - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay, UMR CNRS 8182, - Université Paris-Sud, - Université Paris-Saclay, France
INTRODUCTION
Cet article traite d’une technique particulière de déformation plastique sévère (connue aussi sous l’appellation anglaise SPD pour Severe Plastic Deformation) appelée ECAP (Equal-Channel Angular Pressing). Il est bien connu que les opérations de mise en forme par déformation plastique modérée s’accompagnent d’un affinement microstructural bénéfique au matériau polycristallin, dans le sens où elles améliorent plusieurs de ses propriétés (mécaniques, électriques, magnétiques, etc.). Les méthodes de déformation dites sévères qui ont été proposées au début des années 1970 pour l’ECAP sont arrivées à atteindre un degré d’affinement granulaire inégalé par les déformations plastiques conventionnelles, d’où l’engouement de la communauté scientifique pour ces techniques SPD très prometteuses.
Dans ce qui suit, sont présentés les matériaux métalliques (métaux purs ou alliages) à grains ultra fins et nanostructurés, ainsi que la limite des procédés classiques de déformation plastique. Ensuite, la technique ECAP et quelques aspects expérimentaux sont détaillés. Les microstructures produites et les effets du recuit post-ECAP sont également décrits. La modélisation et la simulation du comportement (de la microstructure, de la texture et de la réponse mécanique) lors et/ou après ECAP sont exposées. Les facteurs qui influencent les propriétés des matériaux hyperdéformés par ECAP sont précisés. Enfin, la sécurisation de l’installation expérimentale de l’ECAP, les avantages de cette technique, ainsi que les applications des matériaux issus de l’ECAP et la mise en œuvre de l’ECAP à l’échelle industrielle, sont discutés.
Pour de plus amples informations et des détails plus poussés, le lecteur est invité à lire les articles de revues spécialisées sur les techniques d’hyperdéformation en général et la technique ECAP en particulier, ainsi que les actes des congrès et conférences dédiés à ce domaine. Tous ces ouvrages sont listés en partie documentation de cet article.
De plus le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et une liste des sigles utilisés.
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KEYWORDS
severe plastic deformation | ultra-fine grain | equal-channer angular pressing
DOI (Digital Object Identifier)
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Modélisation et simulation de l’ECAP
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4. Recuit post-ECAP et effets sur les propriétés
La plupart des matériaux déformés par ECAP, et plus spécialement les métaux de grande pureté, montrent une faible stabilité en température (grossissement de grains), ce qui peut mener à la perte de la nanostructure et ainsi limiter leur application commerciale. À titre d’exemple , des échantillons de cuivre de pureté commerciale, déformés par ECAP, ont subi des recuits entre 27 °C et 477 °C à la vitesse de chauffage de 40 °C.min−1. Pour chaque échantillon, le signal mesuré par calorimétrie différentielle a montré un large pic exothermique correspondant à la restauration de la microstructure. Le maximum du pic se décale vers les faibles températures, et la chaleur libérée durant le recuit augmente avec la déformation jusqu’à ε = 4. Ces changements peuvent être expliqués par l’augmentation de l’énergie stockée introduite par la déformation plastique sévère, qui augmente la force motrice nécessaire à recristallisation, de telle façon que cette réaction se produise à des températures plus faibles. L’échantillon déformé après 8 passes et recuit présente un pic exothermique à la température de 257 °C. La taille moyenne des cristallites est environ 8 fois plus élevée que celle mesurée à l’état initial avant recuit (65 nm pour la taille des cristallites et 26.1014.m−2pour la densité de dislocations, à 27 °C) et la densité de dislocations est 50 fois plus faible qu’à l’état initial. Après ce pic, la taille des cristallites atteint sa valeur la plus élevée (600 nm) et la densité de dislocations sa valeur la plus faible (1013.m−2) ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VALIEV (R.Z.) - Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement. - Progr. Mater. Sci., 51 881-981 (2006).
-
(2) - NOVIKOV (V.) - Concise dictionary of materials science : Structure and Characterization of Polycrystalline Materials. - CRC Press, 288 p. (2003).
-
(3) - LOWE (T.C.), ZHU (Y.T.), SEMIATIN (S.L.), BERG (D.R.) - * - . – Overview and outlook for materials processed by severe plastic deformation, dans LOWE (T.C.), VALIEV (R.Z.) (Editors), Investigations and applications of severe plastic deformation, Kluwer Academic Publishers 347-356 (2000).
-
(4) - MURASHKIN (M.Y.), SABIROV (I.), KAZYKHANOV (V.U.), BOBRUK (E.V.), DUBRAVINA (A.A.), VALIEV (R.Z.) - Enhanced mechanical properties and electrical conductivity in ultrafine-grained Al alloy processed via ECAP–PC. - J. Mater. Sci., 48 4501-4509 (2013).
-
(5) - STOLYAROV (V.V.), GUNDEROV (D.V.), POPOV (A.G.), PUZANOVA (T.Z.), RAAB (G.I.), YAVARI (A.R.), VALIEV (R.Z.) - High coercive states in Pr–Fe–B–Cu alloy processed by equal channel angular...
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