Bandes de glissement de type III

Le troisième type de bande de glissement (type III) est formé d’un ensemble dense de bandes fines de faible hauteur, très proches les unes des autres. Les premières bandes de glissement de type III qui apparaissent ne sont pas visibles sur microscope optique. Au MEB, on les détecte à un fort taux de grandissement (×2000). Elles apparaissent très claires et présentent un fort contraste de couleur avec la surface non plastifiée qui est plus sombre (Figure V.1.12). Les zones formées par un ensemble de bandes de type III (amas) sont de quelques µm de large au début de leur apparition. Elles sont donc beaucoup plus petites que les bandes de types I et II. Quand on les observe seules au début de leur apparition, on ne trouve que quelques amas (typiquement un dans une zone de 60 × 50µm2, Fig. V.1.12a)

Figure V.1.12. Les premières bandes de glissement du type III sur MEB (a) un zoom (b) ∆σ/2 = 48 MPa – 108

cycles

La figure V.1.13 présente des micrographies des bandes de glissement de type III observées par MEB. On constate que ce type de bande se forme à proximité des joints de grain (ou joints de macles). Au début, seulement une partie du grain est plastifié, préférentiellement dans les petits grains et proches de points triples. On rappelle que les bandes de types I et II se forment préférentiellement dans des gros grains. Dans la plupart des cas, on observe la présence

Chapitre V : Observation des traces de plasticité 132

de deux directions de bandes. Par exemple dans la figure V.1.13, les deux directions sont montrées par des flèches. Une des directions est souvent plus marquée que l’autre.

Figure V.1.13 Bandes de glissement du type III

La « persistance » des bandes de glissement de type III est aussi vérifiée par la méthode décrite précédemment. La figure V.1.14.a présente les bandes obtenues à 45.5 MPa après 4.5 x 108 cycles. Ensuite, la surface de l’éprouvette est polie électrolytiquement afin de supprimer les traces de glissement sur la surface. Quand le chargement est repris à même amplitude de contrainte pendant 107 cycles, les traces réapparaissent aux mêmes endroits (figure V.1.14.b)

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(a) 45.5 MPa – 4.5 x108 cycles (b) Polis électrolytique + 45.5 MPa – 107 cycles

Figure V.1.14. Bandes de glissement de type III à 45.5 MPa (a) 4.5 x 108 cycles

et à la même position après polissage électrolytique et nouvelle sollicitation à 45.5 MPa pendant 107 cycles (b)

Chapitre V : Observation des traces de plasticité 134

Le relief des bandes de type III a été mesuré quantitativement par AFM (Figure V.1.15). Le relief de ce type de bande est très faible. Il est d’une vingtaine de nanomètres. Parmi les fines bandes, nous observons quelques bandes qui possèdent un relief plus élevé d’environ 50 nm. L’espacement entre bandes et la largeur des bandes sont similaires et de l’ordre de 0.3 µm mais ces valeurs évoluent avec le nombre de cycles et l’amplitude de la contrainte appliquée.

Figure V.1.15 Bandes de glissement de type III observées sur AFM à ∆σ/2 = 50.2 MPa – 2 x 108

cycles

Après un grand nombre de cycles, les bandes de type III sont observables par MO à ∆σ/2 = 50.2 MPa – 2 x 108 cycles (Figure V.1.16). Elles se présentent sous forme de taches plus ou moins foncées. Des mesures du relief des bandes de glissement de type III ont été réalisées et analysées sur 4 zones de différents contrastes : zones foncée, moyenne, claire et obscure présentées sur la figure V.1.16.

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Figure V.1.16 Bandes de type III sur MO (a) et sur AFM (b) avec les profils de relief à différents endroits à ∆σ/2 = 50.2 MPa – 2 x 108

Chapitre V : Observation des traces de plasticité 136

(a) Mesure 1 : zone foncée

(b) Mesure 2 : zone moyenne

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(d) Mesure 4 : zone obscure

Figure V.1.17 Profils des bandes de type III dans 4 zones de différents contrastes Zone foncée (a) ; zone moyenne (b) ; zone claire (c) et zone obscure (d)

La première mesure a été réalisée sur une zone de couleur foncée. En observant le premier profil sur la figure V.1.17.a, on remarque des bandes de hauteur de l’ordre de 200 nm et d’autres de l’ordre de 70 nm. Les bandes sont relativement espacées de l’ordre de 0.80 8m.

La deuxième mesure a été réalisée sur une zone de couleur moyenne. Sur le second profil sur la figure V.1.17.b, les bandes sont plus denses que sur le profil précédent avec une distance inter-bande de l’ordre de 0.30 8m et des hauteurs de bandes variant de 20 nm à 65 nm.

La troisième mesure a été faite sur une zone de couleur claire, les bandes étaient plus fines et moins hautes que précédemment. Avec l’observation du troisième profil sur la figure V.1.17.c, nous voyons que la hauteur des bandes mesurées est entre 20 nm et 55 nm. La majorité de bandes est très fine et possède une hauteur faible de l’ordre de 20 nm. Lorsque l’on approche du joint de grain, la hauteur des bandes est plus élevée. Les bandes de hauteur importante de 95 nm sont observées à proximité du joint de grain.

La quatrième mesure a été faite sur une zone obscure. Le profil de la mesure est présenté sur la figure V.1.17.d. La hauteur la plus faible mesurée est de 4 nm et la hauteur la plus élevée mesurée est de 20 nm. En conséquence, la hauteur moyenne du profil est de l’ordre de 10 nm et l’espace inter-bande moyen est de l’ordre de 0.15 8m.

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Les 4 mesures sur les bandes de type III prouvent que le relief des bandes est plus élevé pour les zones observées en MO de couleur plus foncée. Les mesures quantitative sur AFM montrent également que la hauteur des bandes de type III varie de 4 nm à 300 nm avec un espace inter-bande compris entre 0.1 µm et 0.5 µm. Les bandes de type III sont donc des amas des bandes fines et denses avec un relief beaucoup plus faible que celui des bandes de type I et II.

Conclusion

Dans ce paragraphe, nous avons présenté les trois types de bandes de glissement que nous avons observés sur la surface des éprouvettes en cuivre pur polycristallin sollicitées en fatigue avec une machine ultrasonique. En résume, on peut distinguer les :

Bandes de type I : elles sont longues et droites, parallèles, espacées les une des autres de quelques microns et traversent un grain.

Bandes de type II : elles sont longues et droites mais isolées et localisées le long des joints de grains/macles.

Bandes de type III : elles sont fines, de faibles hauteur et largeur et sont rassemblées en amas.

Après avoir donné les grandes caractéristiques des différents types de bande, nous allons, dans les paragraphes suivants, donner des caractéristiques générales pour tous les types de bandes puis nous décrirons plus en détail l’évolution de la morphologie des bandes en fonction du nombre de cycles et de l’amplitude de contrainte appliquée.