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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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Recuit post-ECAP et effets sur les propriétés
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3. Microstructures produites – Propriétés
Sur le plan microstructural, les procédés classiques de déformation plastique comme le laminage, l’extrusion et le filage (pour ce dernier procédé, le lecteur pourra consulter les articles [M 640] et [M 651]) n’atteignent pas le degré d’affinement microstructural exceptionnel obtenu par les déformations plastiques sévères. Les matériaux déformés selon les méthodes classiques exhibent une sous-structure de dislocations (cellules, sous-grains), marquée par des joints de grains à faibles angles de désorientation . Pour leur part, les matériaux ayant subi une déformation plastique sévère sont le siège :
-
d’une transition graduelle du type de leur structure, en fonction de la quantité de déformation emmagasinée ;
-
d’un affinement granulaire exceptionnel ;
-
d’une désorientation progressive des joints de grains à mesure que le nombre de passes augmente ;
-
d’une amélioration des propriétés mécaniques.
3.1 Transition graduelle de la structure
Aux premiers stades de l’hyperdéformation, les grains initiaux équiaxes passent d’une structure de type lamellaire, avec des grains relativement grossiers, vers une structure cellulaire. L’inclinaison des lamelles est d’environ la moitié de la valeur de l’angle interne de la matrice. Ainsi, à titre d’exemple, pour une matrice avec Φ = 135°,...
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Microstructures produites – Propriétés
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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