Caractérisation des zones d’amorçages

3.1.2.1. Analyse des zones d’amorçage

Maintenant que les types d’amorçage ont été présentés. Cette partie va étudier plus précisément ceux situés sur une surface meulée. Le but étant de comprendre ce qui mène notre matériau à la rupture. Plusieurs faciès de rupture seront détaillés afin d’illustrer le caractère répétable de ces caractérisations. Ainsi, la Figure III-16 présente plusieurs images prises au MEB du faciès de rupture de l’éprouvette B11. Des grossissements progressifs sont effectués sur la zone d’amorçage afin d’analyser précisément les causes de celui-ci. Les rivières et la forme du faciès sont les guides nous permettant de définir le site de cet amorçage.

Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents

Référence 359 MPa à R=0,1 2,16.105 Aucun

Figure III-16 : EPB11 : Etude de la zone d'amorçage

A partir d’un grossissement de x200 (b), un bandeau foncé différent du faciès de propagation apparaît en fond d’entaille. Les grossissements supérieurs permettent de définir une profondeur approximative de 25 µm. De plus, cette bande peut être séparée en 2 partie. Une première partie en fond d’entaille, de profondeur 17-18 µm caractérisée par une absence de relief et une faible émission (facies sombre).

Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage Et la zone restante (un peu moins de 10 µm) qui possède aussi une faible émission mais sur lequel les premiers reliefs de fatigue apparaissent. Ces zones peuvent être rapprochées des zones affectées par le meulage (ZAM) présentées dans le Chapitre II 2.3.3. La première zone pourrait correspondre à la zone sur laquelle la microstructure est parallèle au meulage et la seconde à la zone sur laquelle la microstructure semble fortement écrouie.

Le reste de la zone d’amorçage est assez classique pour un faciès de fatigue à grand nombre de cycles sur du titane. On retrouve beaucoup de pseudo clivages de fatigue qui ont été présentés dans la partie 2.2 du Chapitre I.

D’autres éprouvettes présentent aussi le même type de faciès comme par exemple l’éprouvette B8 (Figure III-17). L’amorçage est plus proche du bord de l’éprouvette cette fois-ci, mais assez loin pour considérer que la surface tournée n’influence pas les premiers stades de fissuration. On retrouve les nombreuses rivières qui guident la recherche de la zone d’amorçage. On retrouve aussi ce bandeau caractéristique de la ZAM (d) bien qu’il soit moins profond que celui de l’éprouvette B11 (environ 15 µm en tout). On peut aussi voir qu’il est non continu (b, c et d). Il part en fait du bord de l’éprouvette pour s’arrêter proche de la zone d’amorçage. Il est aussi plus délicat de définir les 2 parties de ce bandeau. Le facies général après cette zone se rapproche aussi de l’éprouvette précédente avec un facies très facétisé proche de la zone d’amorçage.

Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents

Référence 385 MPa à R=0,1 2,81.105 1

Figure III-17 : EPB8 : Zone affectée par le meulage proche du site d’amorçage

Une dernière éprouvette sera présentée ici, l’éprouvette B5 (Figure III-18). Les premières photos (a) et (b) permettent de situer la zone d’amorçage, les photos (c), (d) et (e) ont le même grossissement et

Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage première partie lisse et la suivante avec plus de relief. Cette fois si la répartition est à peu près égale (13 µm pour la première partie et 11 pour la seconde).

Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents

Référence 380 MPa à R=0,1 4,96.105 Aucun

Figure III-18 : EPB5 : Etude de la zone d’amorçage

3.1.2.2. Comparaison avec des zones hors amorçages

Les figures précédentes ont mis en avant la présence de zones affectées par le meulage (ZAM) sous forme de bandeaux dans les environs des sites d’amorçage, il est intéressant de mener quelques comparaisons avec des zones loin des amorçages. En effet, la présence de tels bandeaux en dehors des zones d’amorçage mais toujours sur la surface meulée sera un argument important afin de valider que ces bandeaux sont bien des zones affectées par le meulage.

Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage Afin de réaliser cette comparaison, des zones ressemblants à celles observées proches des amorçages ont été recherchées loin des sites d’amorçage. En effet, s’il s’agit d’un effet de préparation de surface, nous devrions en trouver régulièrement sur la surface meulée. A l’inverse, si l’aspect de ce bandeau est produit par un mécanisme particulier qui n’est pas en rapport avec l’état se surface mais plutôt avec la taille de la fissure, il ne devrait pas y avoir de tels bandeaux loin des zones d’amorçage. Ainsi, la Figure III-19 présente l’une de ces recherches sur l’éprouvette B8. La micrographie (a) permet de se rendre compte que ce site est loin de l’amorçage principal. Sur les micrographies (b) et (c), un bandeau similaire à ceux observés sur les zones d’amorçage est observé. La micrographie (c) permet de plus de mieux définir la profondeur de ce bandeau dans les environs de 18 µm.

D’autres éprouvettes ont été observées et des résultats similaires ont été obtenus. Cela nous permet de conclure que les faciès de rupture de ces éprouvettes de référence mettent en évidence une zone caractéristique proche de l’état meulé. Cette zone n’est pas présente partout et possède des profondeurs variables (typiquement entre 10 et 25 µm). En ajoutant les conclusions des observations faites dans la partie 2.3.3 du Chapitre II, on peut facilement assimiler ces bandeaux caractéristiques aux effets de meulage. En effet, les 2 observations présentent :

►Un phénomène localisé sous la surface meulée qui n’est pas présent partout ►Une profondeur généralement entre 10 et 20µm

►Une délimitation du phénomène en 2 parties

►Microstructure alignée dans le sens du meulage // Microstructure écrouie

►Facies de rupture sombre et lisse // Zone de transition avec les 1^er reliefs de fatigue D’après les observations microstructurales de la partie 2.3.3.3 du Chapitre II, de telles zones devraient aussi exister sur les facies d’éprouvettes entaillées. Mais elles devraient être moins profondes.

Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage

Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents

Référence 385 MPa à R=0,1 2,81.105 1

Figure III-19 : EPB8 : recherche de zones affectées par le meulage en dehors de l'amorçage Les observations des facies de rupture d’éprouvettes de référence permettent de proposer un premier schéma de fissuration :

1) Amorçage d’un ou plusieurs des bandeaux de matière affecté par le meulage 2) Rupture du ou des bandeaux

3) Une des fissures parvient à franchir la frontière entre ZAM et matériau sain 4) Propagation de la fissure

Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage Les observations effectuées ne permettent pas d’affirmer si plusieurs sites différents d’un ou plusieurs bandeaux peuvent amorcer dans la phase 1). En effet, les facies observés dans cette partie font état de fissures plutôt semi elliptiques, signe qu’une seule fissure a réussi à prendre le pas sur les autres. Mais l’observation de coupes polies effectuée dans la partie 2.3.3.2 du Chapitre II a mis en avant une dizaine de fissures sur l’éprouvette B11 qui s’arrêtaient toutes à l’interface entre zone affectée et zone non affectée. Le fait que cette dernière analyse soit post mortem ne permet pas de savoir si la fissure principale a contribué à la création de ces petites fissures. Néanmoins, il apparait possible que sur l’ensemble de la surface meulée des éprouvettes de référence, plusieurs fissures aient amorcé sur des zones fragilisées par le meulage sans arriver à traverser la frontière marquée par le matériau sain. Rappelons que la surface meulée de ces éprouvettes est assez importante. S’il existe des amorçages secondaires, ils pourraient parfaitement se trouver sur un autre plan que celui de la fissure principale et donc être invisible sur le facies.