Thèse Année : 2024

Extension of a discontinuous dynamic recrystallization mean-field model to high strain rates on 316L steel

Extension d'un modèle de recristallisation dynamique discontinue à champ moyen vers les hautes vitesses de déformation sur un acier 316L

Marion Roth
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1510598
  • IdRef : 283205822

Résumé

In order to obtain components with a specific geometry as dictated by the specifications, metallic alloys undergo various shaping stages. These successive stages typically involve mechanical deformations and heat treatments, significantly impacting the microstructure and contributing greatly to the mechanical properties of the finished product. It is of industrial interest to control these microstructural evolutions resulting from various phenomena such as grain growth, dynamic recrystallization, or post-dynamic recrystallization. To address this need, predictive models of microstructural evolution based on the physics of the involved phenomena have been developed. Two major families of microstructural evolution models exist in the literature: full-field models, where the microstructure is explicitly represented with intrinsic consideration of topology, and mean-field models, where the microstructure is implicitly represented. In the literature, these models may vary in the description of microstructures. Among these models, Maire et al. model proposes a hybrid approach, combining a topological approach in creating a specific neighborhood for each grain class with a statistical description of the microstructure based on a distribution of grain classes. This model has been proposed and validated for a limited range of deformation velocities (0,01 - 0,1 s-1). However, the deformation velocities commonly used in industrial processes often exceed these values.ewlineIn this context, the objectives of this thesis were to improve and validate this model for each of the mentioned phenomena and to propose a model valid over an extended range of deformation velocities from 0,01 s-1 to 500 s-1 for an austenitic stainless steel 316L. Experimental tests involving heat treatments and hot compressions were conducted. The microstructure resulting from these interrupted tests was analyzed using data obtained by SEM/EBSD. For each microstructural phenomenon present, the model was compared to experimental data as well as models from the literature. The limitations of the existing model formulation were identified, and modifications and additions were proposed. A new method associated with the description of nucleation was implemented and validated on different thermomechanical paths. This new method keeps the hybrid approach of topological neighborhood/statistical representation of the microstructure but enhances the description of dynamic recrystallization by considering the appearance of distributions of recrystallized grains in the microstructure. This model extension allows for better consideration of the experimentally observed dispersion in grain size distributions.
Afin d'obtenir des pièces d'une géométrie spécifique, les alliages métalliques subissent diverses étapes de mise en forme. Ces étapes successives, composées classiquement de déformations mécaniques et de traitements thermiques, ont un impact significatif sur la microstructure et contribuent grandement aux propriétés mécaniques du produit fini. Il est donc d'intérêt industriel de maîtriser ces évolutions microstructurales résultant de différents phénomènes tels que la croissance des grains, la recristallisation dynamique ou la recristallisation post-dynamique.Pour répondre à ce besoin, des modèles de prédiction des évolutions de ces microstructures, basés sur la physique des phénomènes impliqués, ont été développés. Deux grandes familles de modèles d'évolution microstructurale existent dans la littérature : les modèles à champ-complet, où la microstructure est explicitement représentée avec une prise en compte intrinsèque de la topologie, et les modèles à champ-moyen, où la microstructure est représentée de manière implicite. Parmi ces modèles, celui de Maire et al. propose une approche hybride associant une approche topologique utilisée dans la création d'un voisinage spécifique pour chaque classe de grains à une description statistique de la microstructure reposant sur une distribution de classe de grains. Ce modèle a été proposé et validé pour une plage restreinte de vitesses de déformation (0,01 - 0,1 s-1). Cependant, les vitesses de déformation usuellement rencontrées dans les procédés industriels dépassent souvent très largement ces valeurs.Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse ont été d'améliorer et de valider ce modèle pour chacun des phénomènes métallurgiques cités, et de proposer un modèle valide sur une plage de vitesses de déformation étendue de 0,01 s-1 à 500 s-1 pour un acier inoxydable austénitique 316L. Pour ce faire, des essais expérimentaux interrompus de traitements thermiques et de compressions à chaud ont été réalisés. Les microstructures obtenues ont été analysées grâce à des données obtenues par MEB/EBSD. Pour chacun des phénomènes microstructuraux en présence, le modèle a été comparé aux données expérimentales ainsi qu'à des modèles de la littérature. Les limites de la formulation du modèle pré-existant ont été identifiées, puis des modifications et ajouts ont été proposés. Une nouvelle méthode associée à la description de la germination a été implémentée puis validée sur différents chemins thermomécaniques. Cette nouvelle méthode conserve l'approche hybride voisinage topologique / représentation statistique de la microstructure mais enrichit la description de la recristallisation dynamique en considérant l'apparition de distributions de grains recristallisés dans la microstructure. Cette extension du modèle permet de mieux prendre en compte la dispersion observée expérimentalement sur les distributions de tailles de grains.
Fichier principal
Vignette du fichier
2024UPSLM030_archivage.pdf (31) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04958271 , version 1 (20-02-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04958271 , version 1

Citer

Marion Roth. Extension d'un modèle de recristallisation dynamique discontinue à champ moyen vers les hautes vitesses de déformation sur un acier 316L. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Paris sciences et lettres, 2024. Français. ⟨NNT : 2024UPSLM030⟩. ⟨tel-04958271⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

More