Chapitre 3: Les joints de grains dans la déformation à froid

Les joints de grains jouent un rôle primordial lors de la déformation élastique et élasto-plastique d'un polycristal. L'influence des joints est traditionnellement appréciée à différentes échelles : - à l'échelle microscopique, on considère les interactions entre les dislocations du réseau cristallin et les défauts propres constituant la microstructure des joints. Ce faisant on perd de vue les interactions à grande distance entre les grains, - à l'échelle macroscopique, on considère que l'influence des joints provient des effets des incompatibilités de déformation élastique et plastique entre les grains d'un agrégat polycristallin. Ce faisant, on perd de vue les phénomènes particuliers qui se produisent au niveau des joints du fait de leurs caractéristiques propres, en n'envisageant que des effets moyens de grains à grains. Les joints de grains sont à l'origine de la déformation hétérogène des grains. Cette hétérogénéité se manifeste par l'existence de " domaines " déformés suivant des systèmes de glissement différents. La non uniformité de la déformation est révélée par les marquages (grilles ou mouchetis) déposés sur la surface du matériau. Les incompatibilités de déformation plastique induisent dans les grains, des contraintes internes qui varient en chaque point des grains et qui peuvent être relaxées par des déformations élasto-plastiques. Les contraintes internes locales et les déformations localisées sont étroitement liées. Elles jouent un rôle prépondérant dans la réponse du matériau à une sollicitation et sur son endommagement. Bien que de grand progrès technologiques aient permis de mieux caractériser la réponse locale des grains, les contraintes internes ne peuvent être mesurées à l'échelle du micromètre. C'est pourquoi la méthode des éléments finis utilisée dans le cadre de la plasticité cristalline, permet une évaluation des contraintes internes ainsi que leur localisation spatiale dans les grains. Les modèles polycristallins sont des outils qui permettent d'étudier la réponse locale d'un matériau à une échelle intermédiaire, dite " mésoscopique ", c'est-à-dire se situant entre 0,1 et 10 micromètres. Cependant, les résultats dépendent : - de l'agrégat censé représenter le matériau, - des conditions aux limites imposées à cet agrégat de taille limitée, - des lois de comportement introduites. Dans ce qui suit, nous ne traiterons que des matériaux métalliques purs et des alliages homogènes (pas de variation de concentration d'éléments chimiques) ne présentant ni inclusions, ni précipités. Nous supposerons également que les joints, présentent une bonne cohésion pour les basses et moyennes températures et ne contiennent pas d'éléments de ségrégation. Le plan général est le suivant : - définition des incompatibilités de déformation, - après des rappels sur la plasticité du monocristal, notion de contraintes internes et des modes de relaxation de ces contraintes. - modélisation polycristalline. - effet de taille de grain sur le comportement à travers la loi de Hall et Petch et modélisation associée (dislocations géométriquement nécessaires). - formation de sous-joints et de joints de grains en recristallisation