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Theses Year : 2011

Damage of TWIP steels for automotive application

Endommagement des aciers TWIP pour application automobile

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Abstract

Ultra high strength Fe-Mn-C Twinning Induced Plasticity (TWIP) austenitic steels exhibit excellent formability for automotive safety parts. By refining the microstructure during straining, deformation twinning induces a high hardening rate and provides high ultimate tensile strength (>1000MPa) combined with excellent ductility (>50%). However, plastic instabilities and TWIP effect lead to atypical failures modes and standard forming limit curve based analyses cannot be applied to these materials. In this study, the anisotropic and kinematic plastic flow behaviour of the TWIP steels are evidenced by various mechanical tests. Critical failure parameters are identified for the various testing conditions and compared to mechanical modelling by using numerical simulation of the experimental database. Slant fracture is observed whatever the loading mode, i.e. ductile fracture occurs suddenly without localized necking. Fracture surfaces are characterized by tiny dimples less than 0.5 μm in size. Only little damage is observed underneath the fracture region. Such information concerning macroscopic and microscopic mechanisms leads us to successfully develop phenomenological fracture criterion based on the Barlat91 equivalent stress and Lode parameter (also redefined by considering the Barlat91 model). Influence of hydrostatic pressure and of the Portevin-Le Châtelier effect on the forming limit curve is discussed.
Grâce à l'optimisation de l'effet TWIP (Twinning Induced Plasticity) et à la maîtrise de la microstructure (basse énergie de défaut d'empilement, austénite stable à grains fins), les aciers austénitiques Fe-Mn-C combinent une excellente ductilité à une résistance mécanique élevée. L'étude s'intéresse aux paramètres mécaniques critiques menant à la rupture ductile en mode slant (biseau dans l'épaisseur) et aux aspects physiques de l'endommagement dans le but de déterminer un critère de rupture quantitatif. Le comportement plastique de l'acier TWIP présente un caractère anisotrope et cinématique avec une déformation hétérogène en traction uniaxiale due à un mécanisme de pseudo-vieillissement dynamique. Après avoir déterminé la loi de comportement, la courbe limite de formage a pu être établie par comparaison entre résultats expérimentaux et prédictions du modèle mécanique, dans une large gamme de triaxialité des contraintes. Quel que soit le mode de déformation considéré, la rupture s'effectue brutalement en mode slant sans striction localisée. Peu d'endommagement, y compris en trois dimensions, a été observé autour des zones de rupture. Un critère de rupture phénoménologique basé sur la contrainte équivalente et sur l'angle de Lode, redéfinis tous deux dans l'équivalent de Barlat, permet de prédire de façon correcte la formabilité de l'acier TWIP. L'influence de la pression hydrostatique et du mécanisme de pseudo vieillissement dynamique sur la courbe limite de formage est discutée.
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Dates and versions

pastel-00689791 , version 1 (20-04-2012)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00689791 , version 1

Cite

Julie Lorthios. Endommagement des aciers TWIP pour application automobile. Matériaux. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. Français. ⟨NNT : 2011ENMP0085⟩. ⟨pastel-00689791⟩
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