Bilan des durées de vie en fatigue

L’analyse des courbes d’évolution de la contrainte maximale en fonction du nombre de cycles indique une influence significative de la présence d’imperfections surfaciques sur la durée de vie en fatigue. Dans cette partie, une analyse de l’évolution des durées de vie en fonction de la profondeur de défaut initiale est proposée.

III.2.3.1 Évolution de la durée de vie N5 en fonction de la profondeur d’imperfection

L’évolution de la durée de vie en fatigue N5 en présence d’imperfection à Δεt/2 = 0,2% est représentée sur la figure III.5 en fonction de la profondeur d’imperfection. Les symboles pleins sont associés à des défauts réalisés à la fissureuse et les vides à l’électroérosion.

Figure III.5 – Évolution de la durée de vie N5 en fonction de la profondeur des imperfections surfaciques à Δεt/2= 0,2%

La présence d’une imperfection, même de faible profondeur (110 µm dans le cas présent) provoque une importante réduction de la durée de vie. Avec l’augmentation de la profondeur de défaut initiale, la réduction de durée de vie se poursuit mais de manière plus modérée. Des différences (limitées) de durées de vie peuvent être constatées pour une même profondeur d’imperfection sur la figure III.5. Plusieurs paramètres peuvent être à l’origine de ces différences. En effet, pour les profondeurs de 110 et 320 µm, deux moyens d’introduction des défauts ont été utilisés (électroérosion et fissureuse). Pour chacune de ces deux profondeurs, le type et la géométrie des imperfections diffèrent ce qui peut partiellement expliquer (hors dispersion naturelle des résultats) les différences de durées de vie observées. Un examen plus approfondi de l’effet des imperfections en fonction de leur nature (électroérosion ou fissureuse) est notamment proposé en annexe 2. Il en ressort que, pour une même profondeur, les imperfections introduites par électroérosion sont légèrement plus nocives que celles réalisées avec la fissureuse.

110 A l’instar des observations faites à Δεt/2= 0,2%, la présence d’imperfections surfaciques génère également une réduction significative de la durée de vie en fatigue à Δεt/2 = 0,3% et 0,6%. A ces niveaux de déformation, les chutes de durée de vie observées sont une nouvelle fois considérables même pour les plus faibles profondeurs étudiées (120 µm et 110 µm respectivement) et elles dépendent toujours de la profondeur considérée. Les évolutions des durées de vie N5 en fonction la profondeur d’imperfection pour ces deux niveaux de sollicitation sont reportées sur les figures III.6.a et III.6.b.

Figure III.6 – Évolution de la durée de vie N5 en fonction de la profondeur des imperfections surfaciques – a) à Δεt/2 = 0,3% ; b) à Δεt/2 = 0,6%

Finalement, quel que soit le niveau de déformation considéré, la profondeur de défaut apparaît comme étant le paramètre influençant la durée de vie en fatigue à l’ordre 1. Les autres paramètres géométriques, tels que le rayon en fond ou l’angle d’ouverture, qui peuvent potentiellement varier d’une entaille à l’autre, ne semblent pas affecter significativement la tenue en fatigue. Ces résultats sont cohérents avec la littérature (Cini, 2010; Inchekel, 1994) qui atteste de l’effet dominant de la profondeur par rapport aux autres paramètres géométriques. D’autre part, le mode d’introduction des défauts semble n’avoir qu’une influence limitée, comme en témoignent les observations faites à Δεt/2= 0,2% pour des imperfections de profondeurs identiques.

III.2.3.2 Facteur de réduction de la durée de vie en fatigue en présence d’imperfection

Un récapitulatif des facteurs de réduction (N5_sain/N5_avec_imperfection) de la durée de vie en présence d’imperfection surfacique par rapport à la durée de vie d’une éprouvette saine est proposé dans le tableau III.5.

111 Référence

éprouvette

Profondeur

défaut Δεt/2 DDV N5 Facteur de réduction de la DDV (par rapport à l’état de référence)

SD02C Sans défaut 0,2% 116 100 N/A F02P110 110 27 300 4,3 E02P110 110 19 100 6,1 F02P220 220 16 610 7 F02P320 320 12 000 9,7 E02P320 320 10 200 11,4

SD03A Sans défaut

0,3% 27 600 N/A F03P120 120 7 710 3,6 F03P150 150 7 420 3,7 F03P180 180 7 550 3,7 F03P350 350 3 800 7,3

[de Baglion] Sans défaut

0,6% 4 840 N/A F06P110 110 1 750 2,8 E06P170 170 1 500 3,2 F06P280 280 970 5 E06P280 280 910 5,3 F06P290 290 910 5,3 E06P310 310 840 5,8

Tableau III.5 – Récapitulatif des facteurs de réduction de la durée de vie en fatigue pour chaque niveau de déformation

Dans le domaine des profondeurs étudiées à Δεt/2= 0,2%, le facteur de réduction de la durée de vie en fatigue varie de 4,3 à 11,4 pour la profondeur de défaut la plus importante. Au niveau de sollicitation supérieur (Δεt/2= 0,3%), ce facteur évolue de 3,6 à 7,3 pour des imperfections dont les profondeurs respectives sont de 120 et 350 µm. A Δεt/2= 0,6%, l’évolution observée oscille entre 2,8 et 5,8.

Notons ici que, d’une manière générale, les facteurs de réduction des durées de vie en présence de défaut par rapport à l’état de référence constatés à Δεt/2= 0,6% sont inférieurs, à profondeurs comparables, aux facteurs de réduction constatés pour les niveaux de déformation plus faibles (à Δεt/2= 0,2% et Δεt/2= 0,3%). La différence est particulièrement marquée avec le niveau de déformation le plus faible. En effet, dans le cas le plus défavorable, la réduction de durée de vie par rapport à l’état « sain » (sans défaut initial) est de 5,8 à Δεt/2 = 0,6% contre 11,4 à Δεt/2 = 0,2% pour des profondeurs de défaut similaires. L’impact de la présence d’imperfections surfaciques sur les durées de vie semble être influencé par le niveau de sollicitation. Cet effet sera discuté plus en détails dans le chapitre IV.

112

III.3. Description de l’amorçage et de la propagation de fissures en

fatigue à partir d’imperfections surfaciques

Afin de caractériser l’amorçage puis la propagation de fissures de fatigue à partir des imperfections surfaciques, plusieurs techniques expérimentales ont été mises en œuvre. La méthode principalement utilisée dans le cadre de cette étude est celle des marquages à l’encre décrite dans le chapitre II. En complément, des observations en microscopie optique et électronique ont été réalisées sur les surfaces après rupture mais aussi en cours d’essai. Les résultats obtenus sont présentés dans cette partie avec pour objectif de décrire, de façon principalement qualitative, les phases d’amorçage et de propagation des fissures sur l’acier inoxydable austénitique 304L en présence d’imperfections surfaciques.

Notons qu’ici que la notion d’amorçage n’est pas définie quantitativement. Dans cette partie, cette phase est assimilée aux premiers instants de propagation sans que soit définie une valeur seuil d’amorçage. Une analyse quantitative de l’amorçage sera proposée dans la partie IV.3.1.