Relations entre les propriétés mécaniques statiques et la microstructure de composites à matrice métallique à renforts particulaires élaborés par Osprey™
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This study deals with metal matrix composites reinforced by ceramic particles af!d elaborated by the Osprey™ route. The work is divided into four parts: - The study of the microstrusture shows that the dislocations repartition is heterogeneous in the matrix. - The elastic part of the tensile curve is studied by means of a mode! which permits to calculate the modulus of the composite. In this mode!, the particles population can be divided into several Families exhibiting different properties. - The determination of the mechanical behavior in the micro plastic domain permits to measure the elastic limit. The complex behavior observed is analyzed by means of calculations of the proportional limits and of the work hardening rates in the case of a complex thermo-mecanical loading. We propose a new mo del which permits to account for the heterogeneity of the dislocations repartition in the matrix. This mode! uses the results of the calculation of the dislocations positions (physical metallurgy approach). It also uses a mode! based on the micro mechanic approach to calculate the behavior of the composite : the N phases mode!. - The study of the damage resistance is performed by means of in situ tensile tests in a SEM. We propose a new approach of this technique, adapted to account for the statistical dispersion of the results. The observations are explained by means of theoretical considerations based on the calculation of the stress field in the particles.
Abstract FR:
Ce travail de thèse porte sur les composites à matrice métalliques renforcés par des particules céramiques élaborés par Osprey™. L'étude s'articule autour de quatre axes principaux de recherche: -L'observation de la microstructure montre que la répartition des dislocations est hétérogène dans la matrice du composite. -L'étude du domaine élastique est réalisée en utilisant un modèle de calcul du module théorique des composites qui permet de considérer que la population des particules de renfort est divisée en familles de caractéristiques différentes. - La mesure des limites d'élasticité. Est effectuée grâce à l'analyse du comportement dans le domaine micro plastique Nous expliquons le comportement micro plastique complexe observé par l'intermédiaire du calcul de la limite de proportionnalité, réalisé grâce à la méthode d'Eshelby, et de l'analyse de l'évolution du taux de consolidation des matériaux par le concept des boucles de dislocations géométriquement nécessaires. Enfin nous proposons un modèle qui permet de prendre en compte l'effet de la répartition hétérogène des dislocations dans la matrice. Ce modèle allie les résultats d'un calcul de la position des dislocations (métallurgie physique), avec un modèle de comportement issu de la mécanique des milieux continus : le modèle N Phases. -L'étude de l'endommagement est réalisée au moyen d'essais in situ au MEB. Nous proposons une méthodologie nouvelle permettant l'analyse du caractère statistiquement dispersé des résultats. Nous interprétons ensuite les résultats en calculant le champ de contraintes dans les particules induit par le chargement thermomécanique auquel sont soumis les composites.