Baptiste Bienvenu, Chu Chun Fu et Emmanuel Clouet
Université Paris-Saclay, CEA, Service de Recherches de Métallurgie Physique, 91191 Gif-sur-Yvette
A basse température, la plasticité des métaux de transition cubiques centrés (CC) s’opère par le glissement dans les plans compacts {110} des dislocations vis de vecteur de Burgers ½<111>, subissant une forte friction avec le réseau cristallin. L’objectif de ce travail est de construire des lois d’écoulement plastique à partir de l’étude à l’échelle atomique des propriétés de coeur et de la mobilité de ces dislocations vis (par calculs ab initio et de dynamique moléculaire), permettant de les relier à des propriétés mécaniques macroscopiques (limite élastique, activité des systèmes de glissement).
Dans le cadre de cette étude, une attention particulière est portée au cas du chrome (Cr), le seul de ces métaux ayant une structure proche de l’antiferromagnétisme, une onde de densité de spins, en-dessous de la température ambiante. Afin de qualifier l’influence du magnétisme sur la plasticité du Cr, des calculs ab initio à température nulle ont été couplés à des simulations Monte Carlo à température finie. Cette étude a permis de conclure à une influence marginale du magnétisme, mis à part à très basse température où le vecteur de Burgers ½<111> des dislocations génère des fautes magnétiques puisque celui-ci ne respecte pas l’ordre magnétique du Cr.
Par la suite, une étude systématique portant sur l’ensemble des sept métaux de transition CC (vanadium, niobium, tantale, chrome, molybdène, tungstène et fer) a permis de développer un critère d’écoulement reproduisant les caractéristiques expérimentales des effets dits « non-Schmid », une spécificité de ces métaux à basse température. Cependant, certains effets ne peuvent pas être décrits par ce critère, tenant uniquement compte du mouvement de dislocations isolées. C’est le cas par exemple du glissement anomal, observé dans tous les métaux CC excepté le fer, et caractérisé par le glissement de dislocations ½<111> dans des plans {110} faiblement sollicités. A partir d’observations in situ dans un microscope électronique en transmission réalisées par Daniel Caillard (CEMES-CNRS, Toulouse), couplées à des simulations atomiques, un nouveau mécanisme expliquant ce phénomène dans l’ensemble des métaux CC a été mis en évidence, basé sur la mobilité exceptionnelle de multi-jonctions. Enfin, la mobilité de dislocations ayant un vecteur de Burgers <100>, le plus souvent observées sous forme de jonctions entre dislocations ½<111> mais rarement considérées comme des systèmes de glissement possibles, a été étudiée par simulations atomiques. Il a été mis en évidence que, malgré une mobilité compétitive des dislocations vis <100> avec les conventionnelles ½<111> dans les plans {110}, les dislocations <100> se bloquent à basse température selon une orientation mixte nécessitant une contrainte très élevée pour se déplacer, expliquant ainsi leur faible activité.
