La fragilisation des matériaux par l’hydrogène est un mécanisme connu qui altère les propriétés mécaniques des matériaux et dans les cas les plus avancé peut conduire à la propagation de fissures et à la rupture. Dans le fer-a, l’hydrogène a une faible solubilité [1-3], cependant il peut diffuser aisément et se piéger dans les défauts du métal. Ses interactions avec les divers défauts présents dans le matériau ont des conséquences à l’échelle macroscopique (modifications des microstructures et propriétés mécaniques...). Dans ce travail, nous avons concentré nos efforts sur l’interaction entre l’hydrogène et les dislocations vis. Les dislocations vis moins mobiles, contrôlent les mécanismes de plasticité du matériau. Cependant l’effet de l’hydrogène sur la mobilité des dislocations reste mal compris et dépend de nombreux facteurs, tels que la vitesse de déformation, la température, l’état de contrainte ou encore la mobilité du soluté. Ce dernier engendre des effets antagonistes dans le matériau : un durcissement due au piégeage de l’hydrogène dans le cœur qui va ralentir le glissement de la dislocation [4-6], et un adoucissement du fer-a réduisant la densité électronique locale favorisant la nucléation des doubles décrochements en abaissant l’enthalpie de formation associée [7,8].
En utilisant une approche classique de la Dynamique Moléculaire basée sur un potentiel
NNIP (en accord avec la DFT) [9], nous avons étudié la ségrégation et diffusion du soluté au voisinage de la dislocation puis la mobilité de la dislocation vis en présence du soluté. Pour cela, nous avons évalué le paysage énergétique de l’interaction entre l’hydrogène et le cœur de la dislocation en fonction de sa concentration, des différents sites accessibles et de la structure de cœur. Le cœur, impacté par la présence du soluté à courte portée, se reconstruit localement en configuration difficile. Cette interaction reste limitée aux premiers voisins et devient négligeable au-delà de 7 vecteurs de Burgers. Afin de caractériser les processus de diffusion au voisinage du cœur, nous avons calculé les barrières de migrations [10] entre les différents sites accessibles. Nous avons, par la suite, examiné la mobilité des dislocations en caractérisant l’impact de l’hydrogène sur le processus de formation de paires de décrochements.
[1] P. Ferrin, et al. 606.7-8(2012) : 679-689. [2] D. E. Jiang, et al. 70.6 (2004) : 064102. [3] K.
Kiuchi et al. 1986.29-52. [4] V. Gaspard, Thèse de Doctorat 2014. [5] X. Feaugas, et al. 2019.
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Dislocation vis, Statique/Dynamique Moléculaire, Hydrogène, Fer, Monte Carlo Cinétique