Identification des mécanismes de fissuration dans un alliage d ...

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3.3 Etude de la propagation de fissures de fatigue - Influence de la microstructure 115 fermeture, ou d’une éventuelle propagation en mode mixte, on peut s’attendre à ce que la propagation des fissures ne soit pas gouvernée (pas uniquement en tout cas) par l’intensité des contraintes en pointe de fissure, tant que celles-ci ont une longueur inférieure au millimètre. Un tel tracé reste donc assez qualitatif mais permetd’estimer dans quelle mesure, le comportement des fissures courtes observées sort du cadre de la MLER. Sur la figure 3.42 on a reporté l’ensemble des vitesses de fissures mesurées dans les eprouvettes trouées à partir des suivis optiques en surface. Les résultats d’un essai réalisé par Nakai et al. [97] (essai à ∆K décroisssant dans un alliage 2024 à R=0,1) et d’un essai réalisé au CRV (essai à amplitude constante dans un alliage 2024 à R=0,05) figurent également sur le même diagramme. La grande quantité de points expérimentaux génère un nuage qui se répartit 10 2 10 -1 10 0 10 1 10 2 da/dN (µm/cycle) 10 1 10 0 10 -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 fissures courtes ◽ effet de la microstructure ? ⊕• • •• ⊕• ⊕• • •• • ••• • •••••• ⊕ • ⊕ • ⊕• • • • •••••••••••• ⊕ ⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕ ⊕• ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽◽◽ ◽ ◽◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽◽ ◽ ◽◽ ◽ ◽◽ ◽◽◽◽◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ ◽ fissures longues 10 -6 ∆K (MPa.m 1/2 ) Fig. 3.42: Tracé des vitesses de fissuration relevées en surface dans des éprouvettes trouées en fonction du ∆K estimé par l’équation 3.18; essais dans le sens L à amplitude constante σ nom = 200MPa R = 0,1 et f = 10H z . dans une plage de valeurs de ∆K qui s’echelonnent entre 0,1 et 15 MPa.mm 1/2 . Comme prévu, ce nuage s’écarte fortement de la loi de Paris expérimentale plutôt située entre 5 et 50 MPa.mm 1/2 ; l’essai à ∆K décroissant met en évidence un
116 Etude de la fissuration sous chargement de fretting et de fatigue seuil de propagation ∆K s en deçà duquel les fissures s’arrêtent. L’extrapolation des valeurs obtenues pour les fissures longues représentées sur la figure 3.42 permet d’estimer ∆K s ∼ = 3 MPa.m 1/2 , ce qui est en accord avec les données de la littérature pour le 2024. Les fissures courtes observées en bord de trou se propagent pour ∆K inférieur à ∆K s ce qui est un phénomène classique des fissures courtes. Le nuage de points expérimentaux est très dispersé ce qui traduit non seulement que deux fissures de même longueur ne se propagent pas à la même vitesse (dispersion verticale) mais aussi que la vitesse de fissuration évolue de facon non monotone à mesure que la fissure se propage (dispersion horizontale). Ces différents comportements peuvent être reliées à l’interaction des fissures avec la microstructure : la cristallographie locale peut influer directement sur la vitesse de fissuration et les joints de grain peuvent bloquer temporairement ou ralentir les fissures. L’aspect tridimensionel de la croissance des fissures tant qu’elles restent localisées dans un petit nombre de grains peut également générer de gros écarts avec le cas d’une fissure longue idéale. Il apparaît néamoins que lorque la longueur des fissures augmente, les vitesses de propagations mesurées sont de moins en moins dispersées et tendent vers les lois expériementales des fissures longues. Ainsi,lorsque les fissures atteignent une taille de 2 à 3 mm (i.e lorsqu’elles deviennent traversantes), on retrouve très bien cette loi. A ce moment là, l’effet microstructure est largement atténué. Pour vérifier toutes ces hypothèses, il convient donc d’étudier de façon précise la microstructure rencontrée par les fissures tout au long de leur propagation et l’influence quantitative qu’elle a sur cette propagation. 3.3.3 Observations microstructurales et analyse EBSD L’analyse des courbes de propagation de fissures dans les éprouvettes trouées met en évidence un certain nombre de fissures qui ne dépassent jamais une taille critique de l’ordre de 200 µm. Certains d’entre elles ont été analysées par EBSD. Cette procédure n’est pas simple du fait de la proximité du bord du trou. En effet, l’attaque électrochimique nécessaire pour l’EBSD à tendance à arrondir le bord du trou sur quelques dizaines de microns. On peut toutefois limiter ce phénomène par un enrobage conducteur (dans le cas où l’autre coté de l’éprouvette n’est pas interessant) ou utiliser un polissage à la silice coloïdale (mais qui à tendance à boucher les fissures, surtout de petites tailles car elles sont en général très fermées). Un exemple de cartographie EBSD sur une fissure arrêtée en bord de trou est présenté sur la figure 3.43 avec la micrographie optique de la fissure correspondante. Il est clair que la fissure s’est arrêtée sur le joint de grain après s’être propagée sur une distance d’environ 200 µm. Ce comportement est général pour les autres fissures pour lesquelles l’EBSD à été utilisé.
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N o d’ordre : 05 ISAL 0002 Année
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