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Caractérisation expérimentale des processus de recristallisation dynamique par essais de traction avec acquisition EBSD in-situ dans l’alliage de magnésium AZ31
No full textThis thesis explores dynamic recrystallization (DRX) processes in polycrystals, using the magnesium alloy AZ31 as a model material for materials with high plastic anisotropy. An innovative experimental protocol was developed, allowing for the 2D monitoring of microstructures during deformation through tensile tests combined with in-situ EBSD mapping over a wide range of finite deformations (up to 67% engineering strain). The evolution of the microstructure was studied under different temperature and strain rate conditions (20, 150, 250, and 300◦C ; 10−3 and 10−4 s−1). The large amount of EBSD data obtained enables the study of the bulk mechanical behavior of the sample in regard to quantitative bulk microstructural evolutions datas, as well as discrete and qualitative characterizations of local processes during deformation. The results show that at 250◦C and 10−3 s−1, DRX is induced by both subgrain rotation and bulging, contributing to material softening through the reduction of geometrical hardening (induced by texture evolution) and dislocation network reorganization (polygonization). The formation of a "necklace", pockets of small recrystallized grains at the interface between two larger grains, was identified and characterized by observing the progressive local evolution. These results helped identify the impact of the grain boundary evolution initially located at the interface between the two parent grains. Additional tests at different temperatures revealed variations in the impact of DRX on deformation. Despite certain experimental limitations, this work opens up prospects for the study of DRX in other anisotropic crystalline materials, such as ice or minerals.Cette thèse explore les processus de recristallisation dynamique (DRX) dans les polycristaux, en utilisant l’alliage de magnésium AZ31 comme matériau modèle pour des matériaux à forte anisotropie plastique. Un protocole expérimental innovant a été développé, permettant le suivi en 2D des microstructures au cours de la déformation, par des essais de traction associés à l’acquisition in-situ de cartographies EBSD sur une large plage de déformations finies (jusqu’à 67% de déformation ingénieure). L’évolution de la microstructure a été étudiée dans différentes conditions de température et de vitesse de déformation (20, 150, 250 et 300◦C ; 10−3 et 10−4 s−1. La grande quantité de donnée EBSD obtenue permet d’étudier le comportement mécanique global de l’échantillon à la perspective des évolutions microstructurales quantitative d’un point de vue statistique, ainsi que des caractérisations, discrètes et qualitatives, de processus locaux au cours de la déformation. Les résultats montrent qu’à 250◦C et 10−3 s−1 la DRX est induite par la rotation des sous-grains et le phénomène de bulging, contribuant à l’adoucissement du matériau par la réduction du durcissement géométrique (induit par l’évolution de la texture) et la réorganisation du réseau de dislocations (polygonisation). La formation de “necklace”, poches de grains recristallisés de petite taille à l’interface entre deux grains de plus grande taille, est identifiée et caractérisée par l’observation des évolutions locales progressive dans les régions concernées. Ces résultats ont permis d’identifier l’impact de l’évolution du joint de grains initialement à l’interface entre les deux grains parents. Des essais complémentaires à différentes températures ont permis d’observer des variations dans l’impact de la DRX sur la déformation. Malgré certaines limitations expérimentales, ce travail ouvre des perspectives pour l’étude de la DRX dans d’autres matériaux cristallins anisotropes, tels que la glace ou les minéraux
Caractérisation expérimentale des processus de recristallisation dynamique par essais de traction avec acquisition EBSD in-situ dans l’alliage de magnésium AZ31
No full textThis thesis explores dynamic recrystallization (DRX) processes in polycrystals, using the magnesium alloy AZ31 as a model material for materials with high plastic anisotropy. An innovative experimental protocol was developed, allowing for the 2D monitoring of microstructures during deformation through tensile tests combined with in-situ EBSD mapping over a wide range of finite deformations (up to 67% engineering strain). The evolution of the microstructure was studied under different temperature and strain rate conditions (20, 150, 250, and 300◦C ; 10−3 and 10−4 s−1). The large amount of EBSD data obtained enables the study of the bulk mechanical behavior of the sample in regard to quantitative bulk microstructural evolutions datas, as well as discrete and qualitative characterizations of local processes during deformation. The results show that at 250◦C and 10−3 s−1, DRX is induced by both subgrain rotation and bulging, contributing to material softening through the reduction of geometrical hardening (induced by texture evolution) and dislocation network reorganization (polygonization). The formation of a "necklace", pockets of small recrystallized grains at the interface between two larger grains, was identified and characterized by observing the progressive local evolution. These results helped identify the impact of the grain boundary evolution initially located at the interface between the two parent grains. Additional tests at different temperatures revealed variations in the impact of DRX on deformation. Despite certain experimental limitations, this work opens up prospects for the study of DRX in other anisotropic crystalline materials, such as ice or minerals.Cette thèse explore les processus de recristallisation dynamique (DRX) dans les polycristaux, en utilisant l’alliage de magnésium AZ31 comme matériau modèle pour des matériaux à forte anisotropie plastique. Un protocole expérimental innovant a été développé, permettant le suivi en 2D des microstructures au cours de la déformation, par des essais de traction associés à l’acquisition in-situ de cartographies EBSD sur une large plage de déformations finies (jusqu’à 67% de déformation ingénieure). L’évolution de la microstructure a été étudiée dans différentes conditions de température et de vitesse de déformation (20, 150, 250 et 300◦C ; 10−3 et 10−4 s−1. La grande quantité de donnée EBSD obtenue permet d’étudier le comportement mécanique global de l’échantillon à la perspective des évolutions microstructurales quantitative d’un point de vue statistique, ainsi que des caractérisations, discrètes et qualitatives, de processus locaux au cours de la déformation. Les résultats montrent qu’à 250◦C et 10−3 s−1 la DRX est induite par la rotation des sous-grains et le phénomène de bulging, contribuant à l’adoucissement du matériau par la réduction du durcissement géométrique (induit par l’évolution de la texture) et la réorganisation du réseau de dislocations (polygonisation). La formation de “necklace”, poches de grains recristallisés de petite taille à l’interface entre deux grains de plus grande taille, est identifiée et caractérisée par l’observation des évolutions locales progressive dans les régions concernées. Ces résultats ont permis d’identifier l’impact de l’évolution du joint de grains initialement à l’interface entre les deux grains parents. Des essais complémentaires à différentes températures ont permis d’observer des variations dans l’impact de la DRX sur la déformation. Malgré certaines limitations expérimentales, ce travail ouvre des perspectives pour l’étude de la DRX dans d’autres matériaux cristallins anisotropes, tels que la glace ou les minéraux
Experimental characterization of dynamic recrystallization using tensile tests with in-situ EBSD acquisition in AZ31 magnesium alloy
No full textCette thèse explore les processus de recristallisation dynamique (DRX) dans les polycristaux, en utilisant l’alliage de magnésium AZ31 comme matériau modèle pour des matériaux à forte anisotropie plastique. Un protocole expérimental innovant a été développé, permettant le suivi en 2D des microstructures au cours de la déformation, par des essais de traction associés à l’acquisition in-situ de cartographies EBSD sur une large plage de déformations finies (jusqu’à 67% de déformation ingénieure). L’évolution de la microstructure a été étudiée dans différentes conditions de température et de vitesse de déformation (20, 150, 250 et 300◦C ; 10−3 et 10−4 s−1. La grande quantité de donnée EBSD obtenue permet d’étudier le comportement mécanique global de l’échantillon à la perspective des évolutions microstructurales quantitative d’un point de vue statistique, ainsi que des caractérisations, discrètes et qualitatives, de processus locaux au cours de la déformation. Les résultats montrent qu’à 250◦C et 10−3 s−1 la DRX est induite par la rotation des sous-grains et le phénomène de bulging, contribuant à l’adoucissement du matériau par la réduction du durcissement géométrique (induit par l’évolution de la texture) et la réorganisation du réseau de dislocations (polygonisation). La formation de “necklace”, poches de grains recristallisés de petite taille à l’interface entre deux grains de plus grande taille, est identifiée et caractérisée par l’observation des évolutions locales progressive dans les régions concernées. Ces résultats ont permis d’identifier l’impact de l’évolution du joint de grains initialement à l’interface entre les deux grains parents. Des essais complémentaires à différentes températures ont permis d’observer des variations dans l’impact de la DRX sur la déformation. Malgré certaines limitations expérimentales, ce travail ouvre des perspectives pour l’étude de la DRX dans d’autres matériaux cristallins anisotropes, tels que la glace ou les minéraux.This thesis explores dynamic recrystallization (DRX) processes in polycrystals, using the magnesium alloy AZ31 as a model material for materials with high plastic anisotropy. An innovative experimental protocol was developed, allowing for the 2D monitoring of microstructures during deformation through tensile tests combined with in-situ EBSD mapping over a wide range of finite deformations (up to 67% engineering strain). The evolution of the microstructure was studied under different temperature and strain rate conditions (20, 150, 250, and 300◦C ; 10−3 and 10−4 s−1). The large amount of EBSD data obtained enables the study of the bulk mechanical behavior of the sample in regard to quantitative bulk microstructural evolutions datas, as well as discrete and qualitative characterizations of local processes during deformation. The results show that at 250◦C and 10−3 s−1, DRX is induced by both subgrain rotation and bulging, contributing to material softening through the reduction of geometrical hardening (induced by texture evolution) and dislocation network reorganization (polygonization). The formation of a "necklace", pockets of small recrystallized grains at the interface between two larger grains, was identified and characterized by observing the progressive local evolution. These results helped identify the impact of the grain boundary evolution initially located at the interface between the two parent grains. Additional tests at different temperatures revealed variations in the impact of DRX on deformation. Despite certain experimental limitations, this work opens up prospects for the study of DRX in other anisotropic crystalline materials, such as ice or minerals
Caractérisation expérimentale des processus de recristallisation dynamique par essais de traction avec acquisition EBSD in-situ dans l’alliage de magnésium AZ31
No full textThis thesis explores dynamic recrystallization (DRX) processes in polycrystals, using the magnesium alloy AZ31 as a model material for materials with high plastic anisotropy. An innovative experimental protocol was developed, allowing for the 2D monitoring of microstructures during deformation through tensile tests combined with in-situ EBSD mapping over a wide range of finite deformations (up to 67% engineering strain). The evolution of the microstructure was studied under different temperature and strain rate conditions (20, 150, 250, and 300◦C ; 10−3 and 10−4 s−1). The large amount of EBSD data obtained enables the study of the bulk mechanical behavior of the sample in regard to quantitative bulk microstructural evolutions datas, as well as discrete and qualitative characterizations of local processes during deformation. The results show that at 250◦C and 10−3 s−1, DRX is induced by both subgrain rotation and bulging, contributing to material softening through the reduction of geometrical hardening (induced by texture evolution) and dislocation network reorganization (polygonization). The formation of a "necklace", pockets of small recrystallized grains at the interface between two larger grains, was identified and characterized by observing the progressive local evolution. These results helped identify the impact of the grain boundary evolution initially located at the interface between the two parent grains. Additional tests at different temperatures revealed variations in the impact of DRX on deformation. Despite certain experimental limitations, this work opens up prospects for the study of DRX in other anisotropic crystalline materials, such as ice or minerals.Cette thèse explore les processus de recristallisation dynamique (DRX) dans les polycristaux, en utilisant l’alliage de magnésium AZ31 comme matériau modèle pour des matériaux à forte anisotropie plastique. Un protocole expérimental innovant a été développé, permettant le suivi en 2D des microstructures au cours de la déformation, par des essais de traction associés à l’acquisition in-situ de cartographies EBSD sur une large plage de déformations finies (jusqu’à 67% de déformation ingénieure). L’évolution de la microstructure a été étudiée dans différentes conditions de température et de vitesse de déformation (20, 150, 250 et 300◦C ; 10−3 et 10−4 s−1. La grande quantité de donnée EBSD obtenue permet d’étudier le comportement mécanique global de l’échantillon à la perspective des évolutions microstructurales quantitative d’un point de vue statistique, ainsi que des caractérisations, discrètes et qualitatives, de processus locaux au cours de la déformation. Les résultats montrent qu’à 250◦C et 10−3 s−1 la DRX est induite par la rotation des sous-grains et le phénomène de bulging, contribuant à l’adoucissement du matériau par la réduction du durcissement géométrique (induit par l’évolution de la texture) et la réorganisation du réseau de dislocations (polygonisation). La formation de “necklace”, poches de grains recristallisés de petite taille à l’interface entre deux grains de plus grande taille, est identifiée et caractérisée par l’observation des évolutions locales progressive dans les régions concernées. Ces résultats ont permis d’identifier l’impact de l’évolution du joint de grains initialement à l’interface entre les deux grains parents. Des essais complémentaires à différentes températures ont permis d’observer des variations dans l’impact de la DRX sur la déformation. Malgré certaines limitations expérimentales, ce travail ouvre des perspectives pour l’étude de la DRX dans d’autres matériaux cristallins anisotropes, tels que la glace ou les minéraux
Caractérisation expérimentale des processus de recristallisation dynamique par essais de traction avec acquisition EBSD in-situ dans l’alliage de magnésium AZ31
No full textThis thesis explores dynamic recrystallization (DRX) processes in polycrystals, using the magnesium alloy AZ31 as a model material for materials with high plastic anisotropy. An innovative experimental protocol was developed, allowing for the 2D monitoring of microstructures during deformation through tensile tests combined with in-situ EBSD mapping over a wide range of finite deformations (up to 67% engineering strain). The evolution of the microstructure was studied under different temperature and strain rate conditions (20, 150, 250, and 300◦C ; 10−3 and 10−4 s−1). The large amount of EBSD data obtained enables the study of the bulk mechanical behavior of the sample in regard to quantitative bulk microstructural evolutions datas, as well as discrete and qualitative characterizations of local processes during deformation. The results show that at 250◦C and 10−3 s−1, DRX is induced by both subgrain rotation and bulging, contributing to material softening through the reduction of geometrical hardening (induced by texture evolution) and dislocation network reorganization (polygonization). The formation of a "necklace", pockets of small recrystallized grains at the interface between two larger grains, was identified and characterized by observing the progressive local evolution. These results helped identify the impact of the grain boundary evolution initially located at the interface between the two parent grains. Additional tests at different temperatures revealed variations in the impact of DRX on deformation. Despite certain experimental limitations, this work opens up prospects for the study of DRX in other anisotropic crystalline materials, such as ice or minerals.Cette thèse explore les processus de recristallisation dynamique (DRX) dans les polycristaux, en utilisant l’alliage de magnésium AZ31 comme matériau modèle pour des matériaux à forte anisotropie plastique. Un protocole expérimental innovant a été développé, permettant le suivi en 2D des microstructures au cours de la déformation, par des essais de traction associés à l’acquisition in-situ de cartographies EBSD sur une large plage de déformations finies (jusqu’à 67% de déformation ingénieure). L’évolution de la microstructure a été étudiée dans différentes conditions de température et de vitesse de déformation (20, 150, 250 et 300◦C ; 10−3 et 10−4 s−1. La grande quantité de donnée EBSD obtenue permet d’étudier le comportement mécanique global de l’échantillon à la perspective des évolutions microstructurales quantitative d’un point de vue statistique, ainsi que des caractérisations, discrètes et qualitatives, de processus locaux au cours de la déformation. Les résultats montrent qu’à 250◦C et 10−3 s−1 la DRX est induite par la rotation des sous-grains et le phénomène de bulging, contribuant à l’adoucissement du matériau par la réduction du durcissement géométrique (induit par l’évolution de la texture) et la réorganisation du réseau de dislocations (polygonisation). La formation de “necklace”, poches de grains recristallisés de petite taille à l’interface entre deux grains de plus grande taille, est identifiée et caractérisée par l’observation des évolutions locales progressive dans les régions concernées. Ces résultats ont permis d’identifier l’impact de l’évolution du joint de grains initialement à l’interface entre les deux grains parents. Des essais complémentaires à différentes températures ont permis d’observer des variations dans l’impact de la DRX sur la déformation. Malgré certaines limitations expérimentales, ce travail ouvre des perspectives pour l’étude de la DRX dans d’autres matériaux cristallins anisotropes, tels que la glace ou les minéraux
Recristallisation dynamique et comportement mécanique de l’alliage de magnésium AZ31 : Contraintesissues d’essais de traction avec analyse EBSD in-situ
No full textInternational audienceWe conducted tensile tests on Mg AZ31 samples with in-situ EBSD acquisition at 250°C and10−3 s−1 to characterize the evolution of dynamic recrystallization (DRX) and its effect on the mechanicalbehavior. To investigate the entire deformation range up to failure at 65-67% engineering strain, stepwise experiments were conducted with in-situ EBSD acquisition at 2-5% strain intervals. Both in-situmicrostructural observations and statistical analyses of microstructural properties document continuous DRX with nucleation by association of bulging and subgrain rotation starting at strains as low as 6%. However, the microstructure evolves slowly, mainly by development of substructure (polygonization), with DRX limited to isolated clusters, until 35% strain. This long incubation period is followed by acceleration of DRX, with faster grain boundary migration allowing for development of a DRX-necklace structure, whose spatial heterogeneity controls the final strain localization at strains > 60%. The microstructural evolution contrasts with the bulkmechanical behavior, which displays a linear decrease in the hardening rate between 15 and 60% strain. Comparison of the observed texture evolution with predictions by polycrystal plasticity simulations without DRX shows that DRX-induced changes in texture counteract the geometrical hardening due to the texture evolution resulting from dislocation glide. Microstructural softening is, nevertheless, required to compensate for hardening due to increase in the dislocation density. The intensity of this softening has to steadily increase with strain to explain the decrease in hardening rate between 15% and 60% strain. The apparent discrepancy between the kinetics of the microstructural evolution and the mechanical behavior implies, however, that the bulk softening does not depend solely on the DRX volume fraction, but also on its spatial organization
