Etude expérimentale et simulation numérique des propriétés mécaniques à gradient d’aciers 316L générées par SMAT

Ce travail concerne la caractérisation et la simulation numérique des propriétés mécaniques locales d’aciers 316L austénitiques traités par SMAT. Un raffinement des grains, des contraintes résiduelles de compression et un phénomène d’écrouissage sont trois paramètres majeurs induits par SMAT en raison d'une déformation plastique sévère. Ainsi, de meilleures propriétés mécaniques sont obtenues avec cette microstructure à gradient,grâce aux effets combinés des différents changements induits SMAT. Alors que l'accent a surtout été mis sur les propriétés globales de la microstructure à gradient dans de précédentes études, peu d'efforts ont été consacrés à la caractérisation individuelle de chaque couche.L'objectif de ce travail est donc d'étudier individuellement les propriétés mécaniques de chaque couche constituant la zone affectée par le traitement au moyen de différentes techniques de caractérisation. La microstructure à gradient générée par SMAT a d’abord été caractérisée par EBSD. Une couche nanocristalline est générée à la surface traitée dont la taille de grains varie entre 50 et 300nm. En ce qui concerne les propriétés mécaniques, la nanoindentation et des essais de compression de micro-piliers ont été mis en œuvre sur différentes zones de la microstructure à gradient. Les propriétés mécaniques de ces zones sont ainsi obtenues localement. Une autre partie de ce travail a consisté à utiliser la méthode des éléments finis pour la simulation du comportement mécanique de matériaux nanocristallins. Un modèle en 2D de plasticité cristalline a été utilisé pour cette simulation.This work focuses on the local experimental characterization of the gradient microstructure of 316L steels treated by SMAT. The gradient microstructure could be roughly divided into a top surface nanostructured layer, a transition layer and the bulk region. Grain refinement, compressive residual stress and strain hardening are three major SMAT-induced parameters as a result of severe plastic deformation induced by SMAT. Consequently, the enhanced mechanical properties of the gradient microstructure are due to the combined effects of these SMAT-induced changes. However, emphasis was mainly placed on the global properties of the gradient microstructure in previous studies and little effort was devoted to the individual characterization of each layers. The aim of this work is thus to investigate individually the mechanical properties of each layer by means of various characterization techniques. Characteristics of the gradient microstructure are first highlighted by EBSD which reveals the formation of a top surface nanostructured layer. The grain size for this layer ranges from 50 to 300 nm. As for the mechanical properties, nanoindentation and micro-pillar compression tests were carried out for the individual characterization of each layer of the gradient microstructure. The local mechanical properties could be subsequently derived according to the corresponding mechanical reponse. Another part of this work consisted of using Finite element method for the simulation of the mechanical behaviour of nanocrystalline materials. A two-dimensional crystal plasticity model was thus used for the simulation