Amorçage de fissures à partir des imperfections surfaciques

III.3.1.1 Observations locales ciblées sur les imperfections

Lors des essais de fatigue menés sur des éprouvettes comportant des imperfections de surface, l’amorçage de la fissure principale s’est systématiquement produit à partir des imperfections. Plus spécifiquement, quels que soient le niveau de déformation ou la profondeur d’imperfection considérés, des observations locales (focalisées sur le fond des défauts), effectuées par l’intermédiaire d’un microscope à longue distance focale, ont mis en évidence un amorçage systématique au centre et dans le fond des défauts. Ces zones correspondent à la profondeur maximale des entailles et sont associées à d’importantes concentrations de déformations. La figure III.7 présente un exemple d’amorçage de fissure dans le fond d’une imperfection ainsi que son évolution au cours de l’essai.

Figure III.7 – Suivi optique (Questar®) de l’amorçage d’une fissure en fond d’imperfection surfacique (F03P120)

État initial

Fissure amorcée ≈ 1500 cycles

113 Dans quelques cas, de la multi-fissuration a été observée avec la formation de fissures sur plusieurs plans. Cependant, la coalescence de ces microfissures intervient rapidement et l’on assiste ensuite à la propagation d’une seule et même fissure sur toute la longueur de l’imperfection. La figure III.8 montre un exemple de multi-amorçage en fond d’imperfection avec l’apparition de deux fissures situées sur deux plans parallèles. Ce phénomène, qui n’a pas pu être relié à un état de surface particulier, demeure relativement limité. En effet, sur l’ensemble des essais ayant fait l’objet d’un suivi optique de la propagation, la fissure principale s’est, la plupart du temps, amorcée sur un seul et même plan.

Figure III.8 – Suivi optique (Questar®) de l’amorçage d’une fissure sur deux plans de propagation en fond d’imperfection surfacique (F06P280)

III.3.1.2 Analyse des marquages sur les faciès de rupture

L’exploitation des faciès de rupture comportant des marquages à l’encre réalisés au cours des premiers stades de propagation a permis d’apporter des informations complémentaires sur l’amorçage des fissures à partir des imperfections de surface. La figure III.9 présente plusieurs exemples de ces marquages. Les marquages représentés ici et délimités à l’aide de lignes pointillées sont associés à des profondeurs de fissures proches ou inférieures à 100 µm.

Figure III.9 – Exemples de marquages représentant l’amorçage d’une fissure dans le centre d’imperfections surfaciques – a) F02P640 ; b) F03P180 ; c) E06P280

L’analyse de ces marquages montre que la propagation ne s’effectue pas de manière homogène sur toute la longueur du défaut. En effet, l’amorçage, qui peut être multiple, semble intervenir sur différentes zones dans le fond des entailles avant de s’étendre progressivement sur toutes leurs longueurs. Les extrémités des imperfections n’apparaissent pas comme des lieux

Apparition de 2 fissures parallèles en fond de défaut (≈ 150 cycles)

a) b)

114 privilégiés d’amorçage. Le caractère irrégulier de l’avancée de fissure est très probablement lié aux effets de concentration de la déformation induits par l’imperfection et à la microstructure qui peut influer localement sur l’avancée de fissure.

III.3.1.3 Observations des faciès de rupture (microscopie électronique à balayage) En complément des marquages, des observations ont été effectuées en microscopie électronique à balayage. D’une manière générale, les rivières présentes sur les lèvres de fissure confirment les précédentes observations, à savoir que l’amorçage a systématiquement lieu sur les défauts et plus précisément dans le fond de ces derniers. Il est toutefois difficile d’identifier la zone exacte d’origine de l’amorçage. En effet, les lignes de rivières ne convergent pas vers un point précis mais sont issues de différentes positions dans le fond des défauts. Ceci semble confirmer que l’amorçage peut intervenir dans différentes zones situées sur la longueur des entailles, à l’exception des extrémités qui ne constituent pas des zones d’amorçage comme cela a été montré précédemment. Ces observations sont cohérentes avec les précédentes analyses effectuées sur les marquages à l’encre qui suggèrent un multi-amorçage en fond de défaut évoluant rapidement vers une unique fissure par le biais du phénomène de coalescence.

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Figure III.10 – Exemple de zone d’amorçage en fond d’imperfection proposée pour 3 grossissements (F06P290)

La figure III.10 présente des observations MEB du faciès de rupture d’une éprouvette comportant initialement un défaut de type fissureuse. L’image globale du faciès de rupture met en évidence les rivières qui convergent vers plusieurs positions dans le fond de l’imperfection. L’observation plus fine (à plus fort grandissement), d’une zone située près du centre, laisse apparaître une probable zone d’amorçage de la fissure. En effet, sur l’image avec le plus fort grandissement (x350), il est possible d’observer des stries de fatigue dont l’orientation semble désigner un point de convergence vers le centre de l’image qui pourrait constituer un lieu d’amorçage. Toutefois, les stries de fatigue sur la droite de l’image présentent une orientation contradictoire qui laisse supposer un deuxième site d’amorçage situé plus à droite (non visible

116 sur cette image). D’autres observations des stries de fatigue, réalisées sur toute la longueur du fond de l’imperfection, laissent apparaître d’autres sites d’amorçage potentiels.

Figure III.11 – Exemple de zone d’amorçage en fond d’imperfection proposée pour 3 grossissements (E06P310)

Des observations similaires peuvent être effectuées sur la figure III.11, représentant le faciès de rupture à différents grandissements d’une éprouvette comportant une entaille initiale de type électroérosion. Bien que les caractéristiques géométriques des défauts réalisés par ce biais soient légèrement différentes de celles obtenues à la fissureuse (cf. Chapitre II), on ne note pas de différences particulières concernant le mode d’amorçage, d’un point de vue qualitatif. Ce dernier semble s’effectuer de la même manière quel que soit le type d’imperfection considéré. La seule différence semble résider dans l’endommagement des flancs des défauts. Dans le cas

117 de la fissureuse, ces derniers ne présentent pas de signes d’endommagement contrairement à ceux associés à l’électroérosion sur lesquels de multiples microfissures sont visibles (au bas de la figure III.11 au grossissement x350).

Notons ici que l’observation des stries de fatigue lors des tous premiers stades de propagation n’est possible que sur les essais réalisés à un niveau de déformation Δεt/2 = 0,6%. En effet, à ce niveau de sollicitation les stries sont observables dès 50 µm de propagation environ contrairement aux essais menés à Δεt/2 = 0,2% et Δεt/2 = 0,3% pour lesquels les stries de fatigue ne sont visibles qu’à partir d’un stade de propagation plus avancé.