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

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2.2 Matériau étudié 55 l’ensemble des paramètres de la table 2.2. Le gallium a décoré les joints par de fins liserés blancs d’environ 1 µm d’épaisseur. Traitement et analyse d’images 3D L’essentiel des traitements nécessaires ont été réalisés avec des logiciels spécialement adaptés aux images tridimensionnelles. L’apprentissage de ces outils a montré qu’il n’y avait pas un meilleur logiciel mais que chacun d’entre eux avait un domaine de prédilection. On retiendra que : VGStudiomax est le plus abouti des logiciels 3D. Ses modules de visualisation et d’export d’images sont extrêmement complets [78]; Amira excelle dans la segmentation des volumes 3D; il est beaucoup moins gourmand en mémoire et permet donc dans un cadre où l’on est toujours limité par la puissance des ordinateurs de traiter des volumes plus gros [79]; Aphélion est un outil de choix pour les opérations quantitatives sur les volumes : labellisation, granulométrie 3D, séparation et comptage des objets...[80]. Citons aussi le logiciel ImageJ (open source et donc gratuit) qui est très utile pour visualiser des coupes, redimensionner un volume et tout ce qui concerne les opérations préliminaires sur les images 3D [81]. Une fois l’image reconstruite et recadrée sur un octet, le dépouillement consiste à extraire le volume à traiter, puis à l’ouvrir avec un des logiciels précités et à réaliser les opérations nécessaires. On réalise par exemple couramment : • le seuillage de l’image pour éliminer la matrice et visualiser les éléments importants de la microstructure, fissure, particules intermétalliques; • la segmentation par croissance de région pour isoler des objets tels qu’une fissure du reste de l’image; • des opérations quantitatives sur les objets segmentés. 2.2 Matériau étudié 2.2.1 Caractéristiques générales Le matériau utilisé dans ce travail est un alliage d’aluminium 2024. Dans le cadre du projet d’amélioration de la tolérance aux dommages en vue de l’allègement des structures aéronautiques, nous avons utilisé une version haute pureté de ce matériau, dite nuance 2024A, spécialement optimisée pour la tolérance aux dommages. La composition nominale et optimisée en éléments d’alliage est donnée
56 Méthodes et Techniques expérimentales dans le tableau 2.3. Le matériau a été fourni, sous forme de tôles laminées d’une épaisseur de 25 Nuance %Cu %Mg %Mn %Fe %Si %Cr %Ti 2024 3.8-4.9 1.2-1.8 0.3-0.9 0.20 0.15 0.01 0.03 2024A 3.8-4.9 1.2-1.8 0.3-0.9 0.07 0.04 0.01 0.03 Tab. 2.3: Composition chimique de l’alliage Al 2024T351 (% massique). mm, par le centre de recherche d’Alcan à Voreppe. L’état thermique du matériau est T351, ce qui correspond à une mise en solution à 500˚C suivie d’une trempe à l’eau froide à une température de 20˚C avant de subir un détensionnement à 0,2% de déformation pour éliminer les contraintes de tension dans le matériau et aplanir la tôle. Les principales propriétés mécaniques de l’alliage sont rappelées dans le tableau 2.4. Rp 0.2% (MPa) E(MPa) ν σ d (MPa) 325 72000 0.33 240 Tab. 2.4: Principales propriétés mécaniques de l’alliage Al 2024T351, Rp 0.2% désigne la limite d’élasticité conventionelle à 0,2% de déformation plastique, E le module d’élasticité, ν le coefficient de Poisson et σ d la limite de fatigue à 10 6 cycles. 2.2.2 Microstructure Observation des joints de grains La mise en forme des tôles par laminage affecte profondément la microstructure du matériau. La principale altération est un allongement des grains dans la direction de laminage. Cette opération a pour conséquence de faire apparaître des directions privilégiées dans le matériau; nous utiliserons la notation anglosaxonne classique pour définir ces directions : direction L = sens de laminage direction T = sens transverse au laminage dit travers long direction S = sens de l’épaisseur de la tôle dit travers court La figure 2.6 montre une micrographie optique dans le plan (L,S). La distribution des grains a aussi été caractérisée par micro-tomographie sur des échantillons attaqués au gallium (cf. §2.1.3). Il en résulte une information tridimensionnelle sur la position des joints de grains. La figure 2.7 présente le résultat d’une opération de segmentation morphologique avec le logiciel Amira
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