Etude compréhensive de la plasticité dans le magnésium pur et allie – MAGTWIN

Grâce à leurs densités –prêt de 4 fois inférieure à celle de l’acier, - les alliages de magnésium ont de fortes applications potentielles dans les industries aéronautique et automobile. Il est intéressant de remarquer que le magnésium pur, à contrario, a une utilité très limitée car il est caractérisé par une faible limite d’écoulement, une activation du fluage relativement facile à faible température et une mauvaise résistance à la corrosion. D’un autre côté, le magnésium pur bénéficie d’une très bonne ductilité, un monocristal de magnésium pouvant atteindre 100% de déformation. Afin de s’affranchir des limites intrinsèques au magnésium pur, de nombreux alliages de magnésium –et traitements thermiques associés- ont été développés. Les éléments additifs ont permis des améliorations sensibles en termes de résistance à la corrosion et au fluage. En conséquence, les alliages de Mg ont été introduits dans de nombreux secteurs industriels. Actuellement, les alliages de magnésium sont principalement utilisés sous la forme de pièces moulées. Ce procédé s’avère complexe et coûteux. Cependant, la majeure partie des applications liées aux alliages de magnésium concerne les pièces mises-en-forme. Malheureusement, cette utilisation alternative des alliages de Mg n’est actuellement pas réalisable. Du point de vue de l’ingénierie, la difficulté majeure –limitant donc l’utilisation des alliages Mg dans les procédés de mise en forme- relève de la faible ductilité des alliages de Mg à température ambiante.

Fondamentalement, la question de la ductilité limitée des alliages de Mg à température ambiante ne peut être dissociée de la question suivante: quels sont les mécanismes de déformation plastique activés dans le magnésium pur et allié lors d’une déformation à température ambiante?
Peu, sinon aucune étude globale, comprenant des contributions expérimentales et théoriques de manière équilibrée, a été dédiée à ce sujet de sorte qu’un grand nombre de questions clefs portant sur la déformation plastique de ces matériaux se posent encore aujourd’hui. Par exemple, bien que l’on sache que plusieurs modes de déformation participent simultanément à la déformation plastique dans le Mg, nous ne sommes pas en mesure de comprendre, et par conséquent de quantifier, les interactions entre ces modes de déformation. De manière semblable, nous savons que le maclage est un mécanisme qui est activé fréquemment aussi bien dans les monocristaux que dans les polycristaux de Mg. En effet, un monocristal de Mg peut se réorienter complètement par maclage s’il est initialement bien orienté par rapport à la direction de charge. Cependant, le procédé d’activation du maclage est encore inconnu. La microscopie a montré la présence de macles de seconde génération –i.e des macles à l’intérieur de macles- dans les régions proches de fissures. Cependant, nous ne savons quels effets ont ces macles secondaires sur la déformation plastique, l’écrouissage et la ductilité. Il a été montré que les approches multi-échelles classiques ne permettent pas de prédire la contribution relative du maclage secondaire et des effets de transmutations sur la déformation plastique. Ces limites proviennent du manque de connaissance relatif aux mécanismes de nucléation et de propagation des macles, d'interactions macles dislocations, etc.

L’ANR que nous soumettons adresse les points clefs soulevés précédemment et vise à prédire le comportement plastique des alliages de Mg. Le but ici est donc de développer un programme de recherche complet en étudiant aux échelles appropriées tous les mécanismes participant à la déformation plastique du magnésium à température ambiante. Cette étude mènera à la formulation d’un outil de prédiction permettant de quantifier l’activité de chaque mécanisme lors de la déformation plastique. Le programme d’étude sera basé sur un équilibre entre études théoriques et expérimentales.