Relations entre microstructure, microtexture de transformations de phases et propriétés mécaniques d'alliages métalliques

This Habilitation dissertation summarises the work I have been carrying out for ten years in the field of mechanical metallurgy, more precisely, about the relationships between microstructure and in-service properties of metal alloys for structural components.Chapter I focuses on the characterisation of microstructures as inherited from the process history of the material and in particular from phase transformations. I have been making great use of electron backscatter diffraction to investigate the relationship between crystal orientation and spatial distribution of crystal units, which is called “microtexture”. Microtexture in turn gives information about the formation mechanisms of product phases. Starting with bainite in low carbon steels, the method was then applied to other phase transformation in steels and titanium alloys.Chapter II focuses on the link between the microstructure (often microtexture) and the plastic and viscoplastic flow behaviour of metal alloys, mainly, steels and zirconium alloys. Through the thermodynamic stability, size distribution, morphology, spatial and crystal orientation distribution of phases,the microstructure controls the flow behaviour by inducing e.g. local strain incompatibility between crystals, interfacial sliding and mechanically-assisted phase transformations.Chapter III is devoted to the coupling between the microstructure of phase transformation products and damage and fracture properties of industrial alloys. We attempt to distinguish between the respective contributions of the “intrinsic” behaviour of each phase (e.g. by modifying the matrix of an aluminium alloy) and the effect of microstructure (including microtexture) on fracture properties of a variety of alloys and fracture mechanisms.Ce mémoire d’habilitation à diriger des recherches synthétise mes travaux depuis une dizaine d’années dans le domaine de la métallurgie mécanique, plus précisément sur les relations entre microstructure et propriétés d’emploi d’alliages métalliques pour pièces de structure.Le premier chapitre est consacré à la caractérisation des microstructures en tant qu’elles sont héritées de l’histoire antérieure (élaboration, mise en forme, traitements thermiques...) du matériau, et en particulier de transformations de phase. Je me suis pour cela fortement appuyée sur la diffraction des électrons rétrodiffusés pour explorer la relation entre orientation et répartition spatiale des entités cristallines, ce que l’on appelle la « microtexture ». Celle-ci nous renseigne sur les mécanismes de formation de ces produits de transformation. Focalisés initialement sur la bainite d’aciers à bas carbone, mes travaux se sont élargis à d’autres transformations de phase dans les aciers et les alliages de titane.Le deuxième chapitre aborde le lien étroit entre microstructure (et là encore, souvent, microtexture) et comportement mécanique (plasticité et viscoplasticité) d’alliages métalliques, principalement d’aciers et d’alliages de zirconium. La microstructure, à travers la stabilité thermodynamique, la taille, la morphologie, la répartition spatiale et l’orientation cristalline des phases conditionne en effet la (visco)plasticité cristalline au travers, par exemple, des incompatibilités locales de déformation entre cristaux, du glissement aux interfaces ou encore de transformations de phase sous sollicitation mécanique.Le troisième chapitre étend le couplage entre microstructure (toujours en tant que produit de transformations de phase) et propriétés au cas de l’endommagement et de la rupture d’alliages industriels. Nous nous efforçons de faire la part entre l’effet du comportement propre à chaque phase (par exemple, via la modification de la matrice d’un alliage d’aluminium) et l’effet de la microstructure (notamment de la microtexture) sur les propriétés de rupture (ductile, par clivage, intergranulaire, par fatigue...) d’alliages métalliques variés