Emmanuel Clouet, Chercheur au CEA à Gif-sur-Yvette, donnera un séminaire de département intitulé :
Simulations atomiques des dislocations et plasticité des métaux de transition cubiques centrés
à l’auditorium le mardi 24 janvier 2023 à 11h00.
Abstract :
La plasticité des métaux de transition cubiques centrés est principalement contrôlée par le glissement
des dislocations 1/2⟨111⟩, et plus particulièrement leur orientation vis. À basse température, ces
dislocations vis sont soumises à une forte friction de réseau conduisant à un mouvement thermiquement
activé responsable d’un comportement plastique spécifique de ces métaux. Contrairement aux
prédictions de la loi de Schmid, le critère d’écoulement plastique ne dépend pas uniquement de la
contrainte de cisaillement résolue dans le plan de glissement mais de l’ensemble des composantes du
tenseur de contrainte et est sensible au signe de la contrainte avec une asymétrie tension/compression.
Nous montrerons, grâce à des calculs ab initio, que ces écarts à la loi de Schmid s’expliquent par une
trajectoire non rectiligne dans le réseau cristallin des dislocations vis et par une dilatation induite par
ces mêmes dislocations, avec un volume de relaxation variant au cours du glissement. Il est dès lors
possible de paramétrer à partir de ces calculs ab initio un critère d’écoulement plastique correspondant
à une loi de Schmid généralisée. Outre ces écarts à la loi de Schmid, il est parfois observé
expérimentalement que le système de glissement activé à basse température diffère de celui où la force
agissant sur les dislocations est la plus élevée. De récentes observations en microscopie électronique à
transmission au cours d’essai de traction in situ ont révélé que ce glissement anomal était lié à la forte
mobilité de jonctions réunissant quatre dislocations vis. Les simulations atomiques confirment la forte
mobilité de ces multi-jonctions et permettent de comprendre leur mécanisme de formation, expliquant
en particulier la forte dépendance de l’activation du glissement anomal à l’anisotropie élastique du
matériau.
À plus haute température, là où la friction de réseau s’opposant au glissement des dislocations devrait
être négligeable, il est parfois observée une réapparition d’une friction importante sur les vis. Les
calculs ab initio montrent que cette friction provient d’une forte attraction des impuretés interstitielles
comme le carbone avec ces dislocations vis, conduisant à une ségrégation importante même aux
niveaux de pureté les plus élevées. Dès lors la mobilité des dislocations vis devient contrôlée par la
migration de ces impuretés. Nous verrons comment ces mécanismes mis en évidence dans les métaux
purs peuvent opérer dans les alliages à haute entropie en s’intéressant à l’alliage quinaire HfNbTaTiZr
et en s’appuyant toujours sur les calculs ab initio.