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Comportement plastique des métaux

Quand les dislocations font une sortie de route !


​Une collaboration fructueuse entre des chercheurs du CEA et l’Université Claude Bernard de Lyon I a permis une avancée majeure dans la compréhension du comportement particulier des métaux cubiques centrés, connus pour présenter une plasticité atypique. Leurs travaux, basés sur des calculs de structure électronique ab initio, font l’objet d’une publication dans la revue Nature Communications le 25 mai 2016.

Publié le 25 mai 2016

​La plasticité des métaux cubiques centrés à basse température et jusqu’à l’ambiante est marquée en particulier par une limite élastique anisotrope, en désaccord avec la célèbre loi de Schmid, applicable à la plupart des autres métaux et qui stipule que le glissement des dislocations, à l’origine de la déformation plastique, commence lorsque la contrainte résolue minimale à appliquer dans le plan et la direction de glissement dépasse une valeur critique. Cette particularité des métaux cubiques centrés est due aux propriétés de cœur des dislocations les moins mobiles qui, d’après les calculs de structure électronique ab initio effectués dans les métaux vanadium (V), niobium (Nb), tantale (Ta), molybdène (Mo), tungstène (W) et fer (Fe), conduisent à un paysage énergétique vu par la dislocation, appelé potentiel de Peierls, très différent de ceux basés sur des approches classiques.


Les calculs ab initio réalisés ont ainsi révélé des écarts de la trajectoire de la dislocation à la trajectoire rectiligne entre configurations d’équilibre, qui sont une conséquence de la forme du potentiel de Peierls et qui dépendent du métal considéré. Ces déviations ont alors été prises en compte dans une version modifiée de la loi de Schmid et ont permis d’obtenir un bon accord avec les données expérimentales de la contrainte de Peierls en fonction de l’orientation cristalline : lorsque la trajectoire est quasi-rectiligne, comme c’est le cas dans le fer, l’écart à la loi de Schmid est faible, et plus la trajectoire est déviée, plus l’écart à la loi de Schmid est important, comme le montrent les cas du Mo et Nb.

Ainsi, l’écart à la loi de Schmid peut s’expliquer simplement en prenant en compte non pas le plan de glissement moyen de la dislocation, mais sa trajectoire exacte. Ce travail fournit une explication physique à un phénomène connu depuis un demi-siècle et un modèle simple pour en rendre compte, considérant uniquement l’angle de la déviation à la trajectoire rectiligne.

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Fig. 1 : (A) Trajectoire de la dislocation entre deux configurations stables dans Mo, Fe et Nb, d’après les calculs ab initio. (B) Variations de la contrainte de Peierls avec l’orientation cristalline (loi de Schmid : lignes pointillées, loi de Schmid modifiée : lignes continues en couleur, expérience : lignes continues noires). Crédit : CEA

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