Interactions contraintes / précipitation: vers une meilleure compréhension des premiers stades de la précipitation – CONTRA PRECI

1- Contexte scientifique et objectifs du projet - - La précipitation structurale est un des moyens les plus efficaces d'optimiser les propriétés mécaniques des alliages métalliques, autant pour des applications à haute valeur ajoutée (aéronautique, sport...) que de grande diffusion (transports ou emballage), où la nécessité d'alléger les structures pour limiter la consommation énergétique impose des augmentations très significatives de performance mécanique. L'optimisation de transformations de phases à l'échelle nanométrique lors de procédés industriels complexes, faisant intervenir de manière couplée des chemins thermiques non isotherme et des contraintes, nécessite une approche rigoureuse de caractérisation quantitative et de modélisation numérique. La prise en compte des contraintes en cours de précipitation reste rarement abordée et constitue un verrou scientifique important. En effet, les premiers stades de la précipitation font souvent apparaître des nano-objets dont la forme (plaquette, assiette ou sphère), et la chimie sont très mal comprises : la taille de ces objets implique que la matrice joue un grand rôle dans leur chimie et sur le plan mécanique (contrainte imposée par un /misfit/ matrice / précipité, un défaut type dislocation). Le but de ce projet est donc de mieux comprendre l'interaction entre précipitation et contrainte pour expliquer la forme et la chimie des nano-précipités observés. Ce projet implique des acteurs du CPR 'Précipitation' CNRS-ARCELOR-ALCAN-CEA (2001-2005). La réussite de ce CPR, dont découle la création GDR 'TransDiff', a été rendue possible grâce à (i) la confrontation de nombreuses techniques expérimentales et de modélisation (ii) la multitude et la richesse des collaborations qui ont eu lieu ; (iii) un programme cohérent qui associait plusieurs laboratoires complémentaires sur des aspects scientifiques et des matériaux étudiés identiques. L'idée est ici de prolonger cette même démarche sur la problématique particulière de l'interaction entre contrainte et précipitation. - - 2- Description du projet et méthodologie - - Les contraintes qui vont influencer la précipitation (i.e. cinétiques de germination et de croissance des précipités) peuvent être de deux origines : le précipité lui-même (précipité cohérent ou semi-cohérent), ou une source extérieure (dislocations, contraintes internes de trempe). La germination hétérogène sur les dislocations est un bel exemple de couplage entre ces deux effets. Nous adopterons la démarche suivante : (a) Elaboration d'alliages modèles, de composition simple, dont la séquence de précipitation est bien connue, et pour lesquels la contrainte est fortement soupçonnée d'influencer à la fois la forme et la composition des précipités. Nous choisirons un système de type 'acier' et un système 'base-aluminium'. (b) Caractérisation des précipités et de l'état de précipitation La caractérisation de l'état de précipitation sera effectuée de manière complémentaire par des méthodes globales: Diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et pouvoir thermo-électrique (TEP) et locales : microscopie électronique en transmission (TEM et dérivées : Haute Résolution HRTEM, spectroscopie de pertes d'énergie des électrons EELS, champ sombre annulaire à grand angle HAADF), et Sonde Atomique Tomographique (APT). Ces techniques sont maîtrisées par les partenaires du projet, et ont montré leur efficacité dans de nombreuses études sur la précipitation : composition chimique (APT+EELS), structure cristallographique (TEM), forme (HRTEM + APT), distribution de taille (HAADF + SAXS) et fraction volumique (SAXS + TEP). (c) Modélisation L'introduction des champs de contrainte dans la modélisation de la précipitation peut être effectuée à plusieurs échelle : méthodes ab-initio, dynamique moléculaire (MD) et Monte-Carlo cinétique (KMC), et théorie de la germination (modélisation thermodynamique). La modélisation constitue un axe fort du projet car elle regroupe des techniques dont