V. Klosek, R. Dakhaloui, L. Vincent, B. Marini et M.H. Mathon
Par diffusion de neutrons in situ, il est possible d’observer la texture cristallographique et de suivre les déformations des grains d’un échantillon lors d’un essai mécanique. Développée autour des diffractomètres G5.2 et 6T1 du groupe « Interface et Matériaux » du LLB, cette méthode, constamment améliorée, a permis récemment la caractérisation de l’acier 16MnD5 constitutif des cuves des réacteurs nucléaires à eau pressurisée. Ces données se sont avérées centrales pour la validation d’un modèle mécanique, prenant en compte le détail de la morphologie et la cristallographie des grains.
La compréhension des propriétés mécaniques macroscopiques des matériaux polycristallins nécessite une connaissance des phénomènes de déformation à l’échelle des grains. En particulier, lorsqu’un matériau est soumis à une sollicitation extérieure macroscopique, les contraintes et les déformations des cristallites dépendent de leur orientation cristallographique et de leur environnement (i.e. de l’orientation des grains voisins, par exemple). La description de ces déformations en fonction de l’orientation cristalline des grains constitue une donnée expérimentale primordiale pour développer des modèles mécaniques véritablement prédictifs.
Par diffraction de neutrons in situ, il est possible de déterminer la texture cristallographique (distribution d’orientation des grains) d’un matériau polycristallin. Ceci est réalisé en association avec des mesures de déformations élastiques, afin d’analyser le champ de contrainte dans différentes familles de grains de même orientation cristallographique, au cours d’un essai mécanique (par exemple un essai de traction uniaxiale).
Pour ceci, un échantillon (de taille typique 20x5x5 mm3) est placé dans le faisceau de neutrons. L’orientation des grains est mesurée par diffraction dans une zone de l’ordre de 5x5x5 mm3. Sous contrainte, chaque famille de grains d’une orientation donnée subit une sollicitation et le déplacement des pics de Bragg donne l’information sur la variation des distances interatomiques et donc sur la déformation. Un grand nombre de grains étant analysé simultanément, l’information moyenne obtenue est statistiquement représentative, et peut être directement confrontée aux résultats de modélisations micromécaniques faisant appel aux approches de type « champ moyen ».
Développée autour des diffractomètres DIANE et 6T1 du LLB, cette double approche, constamment améliorée, a été appliquée avec succès sur l’acier 16MnD5 constitutif des cuves des réacteurs à eau pressurisée [1, 2]. Les déformations mesurées par diffraction des neutrons in situ lors d’un essai de traction (Fig.1) sont très hétérogènes entre les cinq orientations cristallographiques analysées (Fig.2). Ces données se sont avérées très importantes pour la validation d’un modèle mécanique développé au SRMA, prenant en compte la morphologie et la cristallographie des grains.
Références :
[1] Orientation stress field analysis in polycrystalline bcc steel using neutron diffraction
R. Dakhlaoui, V. Klosek, M.H. Mathon, B. Marini, Acta Materialia 58(2) (2010) 499.
[2] R. Dakhlaoui, rapport DEN DMN/SRMA/EC/2008-2973/A (2008).
Contacts : V. Klosek1, R. Dakhaloui2, L. Vincent2, B. Marini2, M.H. Mathon1
1 CEA – CNRS, IRAMIS, Laboratoire Léon Brillouin, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
2 CEA, DEN-DANS/Département des Matériaux, SRMA, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex