Modélisation du glissement cristallographique et du maclage dans le magnésium extrudé sous chargement cyclique

A model for slip and twinning for extruded magnesium under cyclic loading

¹ LTI, CNRS/EA 3899, Université de Picardie Jules Verne, Amiens, France
² MssMAT, CNRS/UMR 8579, École Centrale de Paris, France
³ Mines ParisTech, Centre des Matériaux, CNRS UMR 7633, BP 87, 91003 Évry Cedex, France

Reçu : 12 Décembre 2011
Accepté : 27 Juin 2012

Résumé

Le but de l’étude est de caractériser et de modéliser le comportement mécanique cyclique à l’ambiante du magnésium pur extrudé, en particulier sous chargement cyclique. Des essais de traction, compression et des essais cycliques, ont été réalisés (avec de petites déformations, respectivement Δε_p/2 = 0,1 % et 0,4 % dans les essais cycliques). Les modes de déformation (glissement, maclage) ont été observés par Microscopie Electronique à Transmission, ce qui a permis de déterminer les cissions résolues critiques. Un modèle de plasticité cristalline s’appuyant sur ces observations a été développé. L’asymétrie de comportement entre traction et compression provient de l’activation de systèmes de glissement (pyramidal et prismatique  ⟨a⟩  et pyramidal  ⟨c + a⟩) en traction, et de l’activation du maclage en compression. Dans tous les cas, le glissement basal est très facile à activer, même pour de faibles facteurs de Schmid. La simulation numérique montre qu’il faut prendre en compte le démaclage lorsqu’une traction suit un passage en compression afin de modéliser la forme en S des courbes d’hystérésis. Les observations au MET montrent également d’intenses glissements secondaires dans les zones maclées sous chargement cyclique, si bien que tant le maclage en compression que le glissement des dislocations en traction sont impactés par le maclage. Les simulations numériques sont en très bon accord avec l’expérience, pour ce qui concerne les réponses macroscopiques contrainte-déformation, mais également pour la fraction maclée.

Abstract

The present study aims at determining and modeling the mechanical behavior of pure extruded magnesium, especially under cyclic straining at room temperature. For this purpose, tensile, compressive and cyclic tests are performed (small plastic strains are applied, respectively Δε_p/2 = 0.1% and 0.4% in cyclic tests). Deformation mechanisms (slip and twin systems) have been observed by Transmission Electronic Microscopy and the different critical resolved shear stress have been determined. Based on microscopic observations, a crystal-plasticity based constitutive model has been developed. The asymmetry between tensile and compressive loadings mainly results from the activation of hard slip systems in tension (such as  ⟨a⟩  pyramidal and prismatic and  ⟨c + a⟩  pyramidal glides) and twinning in compression. It is shown that basal slip is very easy to activate even for small Schmid factors. Numerical simulations reveal that untwinning in tension subsequent to compression must be considered to correctly fit the experimental S-shaped hysteresis curves. TEM observations indicate also intense secondary slips or twins inside the mother twins under cyclic conditions, so that twinning in compression and dislocation glide in tension are affected by cycling. The polycrystalline model allows to predict the macroscopic stress-strain responses, but also slip activities and twin volume fraction evolutions.