2-c Observation microscopique des modes de rupture

P

our préciser les observations macroscopiques précédentes, des observations à plus petite échelle sont réalisées. Pour les modes de rupture « horizontal » et « mixte », des essais d’arrachement sont interrompus à l’effort maximum. Les éprouvettes sont ensuite coupées, polies et observées au microscope électronique à balayage. Ces observations ont pour objectif de révéler la présence ou non de fissures à l’effort maximum. En complément, sur les éprouvettes complètement rompues, les surfaces de rupture sont observées au microscope électronique à balayage de manière à apporter des informations sur les mécanismes conduisant à la rupture macroscopique.

Sur les figures VI-10 et VI-11 sont reportées les observations relatives au mode de rupture « horizontal ».

Figure VI-10 : Mode de rupture horizontal : a) photographie de l’éprouvette issue de l’essai interrompu à l’effort maximal ; b) photographie de l’éprouvette coupée ; c) micrographie de l’éprouvette coupée.

Figure VI-11 : Mode de rupture horizontal : a) photographie d’une éprouvette arrachée ; b) surface de rupture.

Sur la figure VI-10, on peut observer qu’à l’effort maximum une fissure est amorcée. A l’effort maximum la fissure est de petite taille (de l’ordre de 0,2mm). Cette fissure apparaît à proximité de l’arête de la cisaille et se propage de manière proche de la direction horizontale dans l’épaisseur de la tôle. Sur la figure VI-11 on peut observer la surface de rupture du mode « horizontal ».

b)

a)

c)

a)

b)

0,40mm 0,04mm

Applications et validations sur configurations industrielles

Cette surface de rupture montre une direction privilégiée et des cupules de petite taille. On peut rapprocher cette observation de celle des figures III-13 b) et III-17 caractéristiques de la rupture en cisaillement.

Sur les figures VI-12, VI-13 et VI-14 sont reportées les observations relatives au mode de rupture « mixte ».

Sur la figure VI-12, on peut observer qu’à l’effort maximum une fissure est amorcée. La figure VI-13 révèle en fait que ce sont trois fissures qui sont amorcées. Ces fissures apparaissent à proximité de l’arête de la cisaille et se propagent dans l’épaisseur de la tôle. Deux semblent se propager suivant la direction verticale et une semble se propager suivant la direction horizontale. On peut penser que les deux fissures se propageant suivant la direction verticale vont conduire à la déchirure de la tôle.

Figure VI-12 : Mode de rupture mixte : a) photographie de l’éprouvette issue de l’essai interrompu à l’effort maximal ; b) photographie de l’éprouvette coupée ; c) micrographie de l’éprouvette coupée.

b)

a)

Chapitre VI

176

Sur la figure VI-14, on peut observer les surfaces de rupture du mode « mixte ». Deux zones sont à distinguer, la zone où la rupture suit la direction horizontale et la zone où la rupture suit la direction verticale avec la déchirure de la tôle. La surface de rupture de la première zone est montrée sur la figure VI-14 b) et la surface de rupture de la deuxième zone est montrée sur la figure VI-14 c). La figure VI-14 b) montre la même morphologie que la figure VI-11 b) correspondant au mode de rupture « horizontal ». La figure VI-14 c) montre une morphologie différente présentant un nombre important de cupules se rapprochant des figures III-9 b) ou III-13 a), caractéristiques de la rupture à plus forte triaxialité.

Figure VI-14 : Mode de rupture mixte : a) photographie d’une éprouvette arrachée ; b) surface de rupture suivant la direction horizontale et c) surface de rupture suivant la direction verticale.

Dans le cas des essais avec les matrices ayant pour rayon rm=0,15mm et rm~0,05mm, les essais n’ont pas été interrompus à l’effort maximal. Pour observer les différences entre le mode de rupture « mixte » et le mode de rupture « vertical », les éprouvettes, après essais d’arrachement, ont été coupées. Une moitié est polie, attaquée avec une solution de Nital à 5% et observée à la loupe binoculaire comme le montre la figure VI-15. L’autre moitié est utilisée pour observer les surfaces de rupture au microscope électronique à balayage comme le montre la figure VI-16.

Sur les figures VI-15 c) et VI-15 f) les zones déformées sont révélées par l’attaque chimique. On peut distinguer la toile fortement déformée par le procédé de semi-découpe qui apparaît plus foncée. L’examen de ces deux figures confirme les observations macroscopiques. Sur la figure VI-15 c) on observe que la rupture intervient après la zone semi-découpée par déchirure de la tôle, ce qui est caractéristique du mode « mixte ». Sur la figure VI-15 f) on observe que la rupture intervient dans la zone semi-découpée ce qui est caractéristique du mode « vertical ».

b)

a)

c)

Applications et validations sur configurations industrielles

Figure VI-15 : Mode de rupture mixte : a) photographie de l’éprouvette ; b) photographie de l’éprouvette coupée ; c) micrographie de l’éprouvette coupée. Mode de rupture vertical : d) photographie de l’éprouvette ;

e) photographie de l’éprouvette coupée ; f) micrographie de l’éprouvette coupée.

Les modes de rupture « mixte » et « vertical » sont bien différenciés à petite échelle comme le montrent les figures VI-16 a) et VI-16 d). La surface de rupture correspondant au mode « mixte » présente un grand nombre de cupules qui sont caractéristiques de la déchirure ductile. La surface de rupture correspondant au mode « vertical » présente un caractère plus fragile avec la présence de plages et de languettes. Ce caractère plus fragile est attendu compte tenu du fait de la perte de ductilité entraînée par la semi-découpe.

a)

d)

e)

b)

f)

c)

a)

d)

b)

0,075mm 0,075mm

Chapitre VI

178

Les essais semi-industriels présentés dans cette première partie permettent d’étudier au laboratoire la tenue mécanique d’éprouvettes semi-découpées. Le mode de chargement des éprouvettes est très proche du mode de chargement des pièces industrielles. L’influence de différents paramètres liés au procédé ou liés au produit est étudiée. L’observation macroscopique des pièces rompues montre trois modes de rupture principaux. Le premier mode de rupture est qualifié d’ « horizontal », il correspond à la rupture de la pièce dans le plan de la tôle. Le deuxième mode de rupture est qualifié de « mixte », il correspond à la déchirure de la tôle. Enfin le troisième mode est qualifié de « vertical », il correspond à la rupture de la pièce dans la zone semi-découpée. Les observations à petite échelle des surfaces de rupture montrent que pour chacun des modes de rupture macroscopiques correspondent des mécanismes de rupture bien différenciés. Au mode de rupture « horizontal » correspond un mécanisme de rupture en cisaillement à faible triaxialité. Au mode de rupture « mixte » correspond un mécanisme de déchirure ductile à plus forte triaxialité. Enfin, au mode de rupture « vertical » correspond un mode de rupture plus fragile dans des zones très fortement déformées. L’un des intérêts des essais semi-industriels est l’obtention de données quantitatives en terme d’effort et de géométrie. Ces données permettent la comparaison avec le calcul pour la validation de la modélisation proposée.

Dans le document Intégration de la phase de mise en forme dans le dimensionnement de flasques de sièges automobile (Page 177-181)