+ 2018 ULTIME – Indentation ultra rapide en température pour étudier les phénomènes de recristallisation des métaux

projet inter Carnot

Porteur du projet

Gaylord Guillonneau LTDS Centrale Lyon

Laboratoire(s) membre(s)

DURÉE : 1 an

FINANCEMENT : 35 000€

PLATEFORMES INGENIERIE@LYON :
TRIBOLOGIE, SURFACES, INTERFACES
MATÉRIAUX & PROCÉDÉS

SECTEURS INDUSTRIELS :
AÉRONAUTIQUE
AUTOMOBILE
CHIMIE ET MATÉRIAUX
FERROVIAIRE
NUCLÉAIRE

Axe(s) de recherches

OBJECTIF

Les processus de recristallisation apparaissent dans la plupart des procédés impliquant des sollicitations thermomécaniques. Par exemple, ils peuvent apparaitre à l’extrême surface lors des opérations d’usinage, de grenaillage ou encore par frottement dans les contacts industriels. Actuellement, les phénomènes de recristallisation sont principalement étudiés par la combinaison d’analyses microstructurales, microscopie électronique – diffraction, et de mesures de dureté post mortem.

Cependant, la connaissance des propriétés mécaniques locales en température, nécessaire à la compréhension de la recristallisation, est difficile à obtenir. En effet, les outils de mesures dédiés tels que la micro, ou nano indentation, sont de moins en moins précises lorsque la température de l’expérience s’écarte de l’ambiante. Depuis quelques années, une course au développement a permis une importante amélioration de la précision des mesures en température. De plus, la procédure dite « fast mapping », qui permet d’obtenir une cartographie spatiale de propriétés mécaniques locales, a également été développée.

L’objectif de ce projet est de mieux comprendre l’évolution des propriétés microstructurales à l’extrême surface des matériaux métalliques, en température. La problématique sera traitée au travers de la caractérisation locale des propriétés mécaniques en lien avec leur localisation spatiale et temporelle, par cartographie in situ à haute température. Les techniques de micro indentation et nano indentation seront mises à contribution en utilisant la technologie de fast mapping. Le projet sera porté par le LTDS et le LGF, qui disposeront en commun, via le projet CPER Manutech, courant 2018, d’un micro indenteur in situ haute température, ainsi que d’un nano indenteur pouvant fonctionner pour des températures allant jusqu’à 800°C. Ils disposeront ainsi d’une plateforme de caractérisation mécanique de surface à chaud unique au monde, à ce jour.

Le développement de nouvelles méthodologies de mesures de gradients des propriétés locales en température contribuera à une meilleure compréhension de la recristallisation, phénomène rencontré dans de nombreux systèmes industriels, notamment dans les procédés de fabrication et dans l’aéronautique. Cela contribuera à un meilleur dimensionnement des surfaces, voire le développement de nouvelles surfaces adaptées aux conditions d’utilisation, et à une augmentation de leur durée de vie.


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RESULTATS

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Le projet est réalisé en partenariat avec l'Institut Carnot M.I.N.E.S, Laboratoire Georges Friedel, Guillaume Kermouche
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Publications

 

Les publications bleues ont été publiées durant le projet ULTIME

[1] P. Baral, G. Kermouche, G. Guillonneau, G. Tiphène, J.-M. Bergheau, W. Oliver, J.-L. Loubet, Indentation creep vs. indentation relaxation: A matter of strain rate definition? Materials Science and Engineering: A. 781 (2020) 139246. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139246.

[2] P. Baral, C. Fradet, F. Lacroix, E. Le Bourhis, G. Guillonneau, G. Kermouche, J.-M. Bergheau, J.-L. Loubet, Extrinsic Measurement of Carbon Black Aggregate Distribution within a Fluoroelastomer Matrix from Nanoindentation Experiments, ACS - Applied Materials & Interfaces (2020), In press. https://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b20286.


[3] P. Baral, G. Guillonneau, G. Kermouche, J.-M. Bergheau, J.-L. Loubet, A new long-term indentation relaxation method to measure creep properties at the micro-scale with application to fused silica and PMMA, Mechanics of Materials. 137 (2019) 103095. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2019.103095.
[4] P. Baral, M. Laurent-Brocq, G. Guillonneau, J.-M. Bergheau, J.-L. Loubet, G. Kermouche, In situ characterization of AA1050 recrystallization kinetics using high temperature nanoindentation testing, Materials and Design. 152 (2018) 22–29. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.04.053.

Conférences

[A] Baral P., Fradet C., Lacroix F., Le Bourhis E., Guillonneau G., Kermouche G., Bergheau J.-M., Loubet J.-L., Caractérisation d’une distribution de charges au sein d’un élastomère par nanoindentation instrumentée, Journées Internationales Francophones de Tribologie, 24/04/2019 - 26/04/2019, Tours - France, oral.
[B] Baral P., Fradet C., Lacroix F., Le Bourhis E., Guillonneau G., Kermouche G., Bergheau J.-M., Loubet J.-L., Characterization of particles distribution in a carbon black-filled elastomer via nanoindentation, ECI Conference: Nanomechanical Testing in Materials Research and Development VII, 2019. Oral
[C] Kermouche G., Baral P., Guillonneau G., Loubet J.-L. Measurement of the creep behavior of thin ZrNi metallic glass films – a comparison between nanoindentation relaxation, nanoindentation creep and lab-on-chips experiments, ECI Conference: Nanomechanical Testing in Materials Research and Development VII, 2019. Oral invite
[D] Baral P., Kermouche G., Guillonneau G., Tiphene G., Oliver W.C., Loubet J.-L. Indentation creep vs. indentation relaxation: A matter of strain rate definition? 17th European Mechanics of Materials Conference (EMMC17), 2020, Madrid, Espagne

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