Le comportement mécanique d'un alliage métallique est intimement lié aux différentes caractéristiques de sa microstructure. Celle-ci est définie par les hétérogénéités qui la constituent, leurs natures chimiques -par exemple des particules co-existant avec des cristaux-, les textures cristallographiques et morphologiques, ou encore les tailles caractéristiques de ces hétérogénéités. C'est en agissant sur ce dernier plan, en réduisant la taille de grains, que l'on peut considérablement augmenter la limite d'élasticité et par extension la résistance mécanique d'un alliage d'une composition donnée : c'est l'effet Hall-Petch très généralement observé pour les alliages métalliques sur une large gamme de tailles de grains, mais dont l'effet dual est une réduction de la déformation à rupture de l'alliage.

Une voie pour tenter de limiter la perte de ductilité dans un alliage à grains fins ou ultrafins consiste, à l'instar des matériaux composites de type matrice-inclusion, à insérer dans une matrice de grains fins des inclusions formées par des grains de taille conventionnelle. La métallurgie des poudres associée au frittage flash permet d'opérer de façon robuste et reproductible cette insertion en contrôlant les métriques principales de la microstructure : proportion et taille caractéristique de chaque population de tailles de grains (Flipon et al., 2018). Une amélioration significative du compromis résistance-ductilité est obtenue mais ces analyses de relations entre procédé et propriétés sont longues et restent limitées à quelques couples de populations. La simulation numérique en plasticité cristalline fournit un outil d'analyse complémentaire pour explorer de larges gammes de tailles et de proportions, et pour comprendre les interactions qui se mettent en place entre les grains de chaque population (Flipon et al., 2019).

Cette étude présentera tout d'abord la méthodologie de modélisation à champs complets depuis la génération de microstuctures bimodales jusqu'aux modèles de comportement utilisés -avec prise en compte des effets de taille- en passant par l'identification des paramètres de ces modèles. Elle s'attachera ensuite à montrer l'importance non seulement des métriques principales de la microstructure bimodale mais aussi de la distribution spatiale de la population à gros grains pour qualifier le comportement. Les données issues des multiples configurations de simulations (différentes microstructures, différentes distributions de tailles, différentes lois de comportement) seront alors analysées statistiquement pour mettre en évidence les relations qui s'établissent aux différentes échelles (macroscopique, intergranulaire et intragranulaire) entre données de modélisation et propriétés obtenues.

Références :
B. Flipon, C. Keller, L. Garcia de la Cruz, E. Hug, F. Barbe.
Tensile properties of spark plasma sintered AISI 316L stainless steel with unimodal and bimodal grain size distributions.
Materials Science and Engineering A 729:248-256, 2018.

Flipon, C. Keller, R. Quey, F. Barbe.
A full-field crystal-plasticity analysis of bimodal polycrystals.
International Journal of Solids and Structures, In press, 2019.