Le titane (Ti), souvent salué comme le métal miracle pour ses propriétés remarquables, a de nombreuses applications dans les industries aérospatiale, marine et biomédicale. Connus pour leur faible densité, leur haute résistance, leur grande ductilité, leur grande résistance à la corrosion et leur excellente biocompatibilité, le Ti et ses alliages ont été largement étudiés par de nombreux chercheurs pour leurs mécanismes de déformation structurelle à température ambiante.
Récemment, les chercheurs ont concentré leurs efforts sur l’étude de la déformation du Ti et de ses alliages à de très basses températures « cryogéniques » (< 77K, la température de l'azote liquide).
Le Ti et ses alliages se déforment via différents mécanismes, notamment les glissements de dislocation, dans lesquels les grains de métaux glissent les uns sur les autres, et le « jumelage par déformation », dans lequel les grains se disposent symétriquement autour d’une limite de grains commune. Un grain, c’est-à-dire une région bien définie au sein d’un matériau cristallin, est constitué d’atomes disposés de manière spécifique et cohérente. L’apparition de macles de déformation dans les alliages de Ti dépend de la texture initiale, de la vitesse de déformation, de la température de déformation et de la taille des grains.
Des études ont montré que le jumelage peut améliorer les propriétés mécaniques des matériaux. En outre, il a été démontré que la déformation cryogénique du Ti commercialement pur (CP-Ti) déclenche un jumelage par déformation, augmentant ainsi considérablement sa résistance et sa ductilité. Cependant, les effets exacts des différents mécanismes de déformation et de la taille des grains sur la résistance du CP-Ti aux températures cryogéniques n’ont pas été entièrement compris.
Pour combler cette lacune, une équipe de chercheurs chinois, dirigée par le professeur adjoint Cai Chen et le Dr Ji-zi Liu de l’Université des sciences et technologies de Nanjing, a étudié les propriétés mécaniques et le comportement de jumelage du CP-Ti à température ambiante et dans l’azote liquide. température (LNT).
« L’étude du comportement de déformation du CP-Ti et de ses alliages à des températures cryogéniques peut aider au développement de nouveaux procédés contrôlés pour améliorer leur résistance et leur ductilité », explique le Dr Chen. Leur article était publié dans la revue Transactions de la Société chinoise des métaux non ferreux.
À l’aide de techniques avancées telles que la diffraction par rétrodiffusion des électrons à balayage et la microscopie électronique à transmission, les chercheurs ont étudié les changements dans la microstructure et les dislocations des échantillons de CP-Ti sous chargement uniaxial aux deux températures. Ils ont étudié le comportement de durcissement plastique, la fragmentation des grains induite par le jumelage, la transformation de la texture et la plasticité des échantillons.
Leurs expériences ont révélé que les échantillons recristallisés déformés au LNT présentaient une bien meilleure combinaison de résistance et de ductilité que ceux déformés à température ambiante. De plus, l’échantillon présentant la plus petite taille de grain aux deux températures présentait la limite d’élasticité la plus élevée.
Le glissement de dislocation a été identifié comme le principal mécanisme de déformation à température ambiante, tandis que le jumelage par déformation est devenu dominant au LNT. Cette transition des mécanismes de déformation est apparue comme le principal facteur contribuant aux propriétés mécaniques exceptionnelles observées au LNT. En outre, l’équipe a également proposé une relation Hall-Petch modifiée tenant compte des températures cryogéniques pour expliquer le mécanisme de renforcement.
Le Dr Liu déclare : « Les résultats de l’étude fournissent des informations importantes sur les processus de déformation des métaux hexagonaux à des températures cryogéniques. Cela peut conduire à des processus améliorés de contrôle et de conception des métaux capables de résister à des conditions extrêmes.
Dans l’ensemble, cette étude améliore notre compréhension de la microstructure et des mécanismes de déformation de métaux comme le Ti et ouvre la voie au développement de métaux plus résistants et plus ductiles.
Plus d’information:
Cai Chen et al, Effet de la taille des grains et de la température sur le mécanisme de déformation du titane commercialement pur, Transactions de la Société chinoise des métaux non ferreux (2023). DOI : 10.1016/S1003-6326(23)66337-X
Fourni par Cactus Communications