Modélisation atomistique de l’ancrage des dislocations dans Fe-C
Résumé
En service, les cuves de réacteurs à eau pressurisée (REP) en acier ferritique sont
soumises à des conditions extrêmes (300°C, 155 bar, irradiation,...) qui peuvent dégrader leurs
propriétés à long terme. Elles subissent notamment un durcissement et une fragilisation, dus à la
formation d’atomosphères de Cottrell autour des dislocations. L’objectif de cette étude est de
caractériser la mobilité des dislocations dans le fer cubique centré, lorsqu’elles interagissent avec
ces atmosphères. Pour cela, il est nécessaire de combiner des calculs à différentes échelles : ab
initio, simulations atomistiques (statique et dynamique moléculaire), et Monte Carlo cinétique.
À l’échelle atomique, les interactions entre atomes peuvent être calculées de façon
simplifiée à l’aide d’un potentiel empirique. La précision des potentiels disponibles étant
limitante pour cette étude, nous avons mis au point un potentiel hybride sur la base des deux
potentiels les plus performants [1][2], permettant de décrire les propriétés des dislocations dans
les alliages fer-carbone en accord avec les données ab initio de référence. L’utilisation de ce
potentiel nous a permis d’examiner en détail l’ancrage des dislocations par une solution solide de
carbone via des simulations atomistiques, montrant un fort effet ancrant des atomes de carbone
les plus proches du coeur de dislocation et les plus rapprochés, pouvant conduire à des contraintes
de désancrage deux fois supérieures au fer pur dans les mêmes conditions.
Ce durcissement est associé à une perturbation locale du paysage énergétique de la
dislocation que nous avons examiné à l’aide de calculs de barrière d’énergie sous contrainte. Une
approche stochastique permet finalement de rapprocher nos calculs statiques et dynamiques, afin
de décrire de façon complète la mobilité des dislocations en fonction de la présence de solutés et
de la température, par la prise en compte d’effets anharmoniques.
Ces résultats permettent de caractériser les évènements élémentaires de la déformation
plastique -formation et propagation de double-crans- que nous intégrons désormais à un modèle
Monte Carlo Cinétique, qui tient également compte des effets de diffusion du carbone aux temps
longs. La mise au point de ce modèle permettra de dégager une loi de mobilité des dislocations au
cours du vieillissement, permettant de se tourner vers les échelles supérieures (dynamique des
dislocations discrète, approches continues).
Domaines
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