Changement de phase solide-solide

 

Le changement de phase solide-solide est un phénomène largement étudié en Mécanique des Solides. Il s'observe notamment lors du soudage ou du traitement thermomécanique des aciers (transition austénite-martensite). Il permet également d'expliquer le comportement particulier des Matériaux à Mémoire de Forme (MMF), la formation d'inclusions dans les matériaux hétérogènes, ou encore l'endommagement fragile partiel. Au sein du groupe Matériaux et Structures, nous développons des modèles de changement de phase dans lesquels les phases peuvent coexister à l'intérieur d'un élément de matière, i.e. qu'elles sont intimement mélangées à l'échelle macroscopique. Chaque phase est représentée par une proportion volumique et une déformation locale ; les déformations locales sont liées à la déformation globale par la loi de mélange. Nos modèles s'inscrivent dans le cadre général des matériaux standards sous liaisons internes ; les lois de comportement sont écrites à l'aide de deux potentiels : le potentiel d'énergie libre pour les aspects réversibles et le potentiel de dissipation pour les aspects dissipatifs. Le changement de phase étudié peut être réversible ou irréversible. Dans le cas réversible, on obtient un modèle d'élasticité non-linéaire, dont l'énergie élastique est implicitement construite par convexification des énergies des phases individuelles. Le cas irréversible est obtenu en introduisant un pseudo-potentiel de dissipation adéquat. Ce modèle, général, est mis en œuvre dans deux contextes différents, à savoir la modélisation du comportement thermomécanique des MMF ainsi que la simulation du procédé de soudage. Pour ce dernier cas, notre modèle permet de décrire à la fois les transformations microstructurales et leurs effets sur le comportement thermomécanique des aciers. Il intègre tous les phénomènes thermiques, mécaniques et métallurgiques ainsi que leurs interactions. Ce travail permet non seulement de modéliser finement le comportement des aciers multiphasés mais aussi d'analyser l’influence de différents mécanismes physiques (viscosité, plasticité de transformations, etc.) sur le comportement des aciers. En outre, la démarche adoptée tient compte des cas où les phases présentent des comportements différents : par exemple, l'austénite, phase présente à haute température, présente un comportement viscoplastique et la martensite, phase présente à basse température, est élastoplastique. Des algorithmes de calculs originaux sont également développés et programmés dans des codes de calcul par éléments finis.
 
 

 Proportion de phases dans une Zone Affectée Thermiquement (ZAT) lors d’un soudage à l’arc : comparaison calcul-essai.