Comportement en fatigue oligocyclique

Les essais de fatigue oligocyclique ont été réalisés à trois températures (750, 800 et 850°C) afin d’étudier l’effet de la température sur le comportement cyclique d’IRIS. Nous avons aussi imposé trois amplitudes de déformation différentes (0.3% ; 0.45% ; 0.6%) afin d’étudier l’effet de Δε_G /2 sur le comportement cylique. Tous les essais ont été menés à la même vitesse (10-3 _s-1_{) et en traction-compression (R}

ε= -1).

T (°C) _{h (s}-1_{) ih}

j /k (%) f (Hz) Nombre _{d’essais pastille SPS} Référence

750 10-3 _{0.45 0,056 2 4414 ; 4413} 800 10-3 0.3 0,084 2 3340 ; 4336 0.45 0,056 2 3290 ; 3290 0.6 0,042 2 3340 ; 4336 850 10-3 _{0.45 0,056 2 4336 ; 4413}

Tableau IV-1: Conditions expérimentales des essais de fatigue oligocyclique sur IRIS

T : température de l’essai fatigue en °C ε : vitesse imposée de l’essai en s-1

∆εt /2 : Amplitude de déformation imposée en %

f : fréquence de l’essai en Hz

Nous étudierons dans cette partie l’influence de la déformation imposée sur le comportement cyclique pour une température de 800°C. Pour chaque essai, seront exposés la courbe de l’amplitude de contrainte en fonction du nombre de cycles (σa(N)) et les hystérésis montrant l’évolution de la contrainte en

fonction de la déformation (σ(ε)).

La Figure IV-1 représente l’évolution de l’amplitude de contrainte en fonction du nombre de cycles pour trois amplitudes de déformation imposées à 800°C.

Chapitre IV Comportement cyclique à 800°C

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Figure IV-1 : (a) Comportement cyclique d'IRIS à 800°C, (b) Tableau récapitulatif des résultats.

Le comportement de l’alliage IRIS est très stable quel que soit le ∆εt /2 imposée à 800°C, aucun

adoucissement ou durcissement significatif n’a été observé.

La durée de vie augmente significativement avec la diminution de ∆εt /2 allant de 15 cycles à plus de

5000 cycles. On remarque aussi qu’il y a une dispersion concernant les durées de vie et les amplitudes de contraintes. Les dispersions statistiques en fatigue sont généralement liées à la microstructure (inclusions, inhomogénéités,…) ou à la préparation de l’éprouvette (géométrie, rugosité, état de surface…).

Dans le cas de ces essais de fatigue oligocyclique, les éprouvettes sont polies de la même manière, cette dispersion ne serait donc pas un effet de l’état de surface et serait plutôt lié à la microstructure. Pour chaque niveau de chargement, les deux éprouvettes testées ne proviennent pas en effet de la même pastille SPS et la différence de durée de vie pourrait être due à une légère différence de microstructure. Il a été déjà démontré qu’au sein d’une même pastille SPS, les essais de traction et de fluage ne donnent pas les mêmes résultats.

Les courbes d’hystérésis de trois ∆εt /2 différentes sont représentées dans les figures qui suivent. Elles

permetent d’illustrer l’écrouissage cyclique de l’alliage IRIS à 800°C. Pour chaque déformation imposée, nous traçons :

- les boucles d’hystérésis correspondant au 1er _{cycle, la demi-vie et le dernier cycle ;}

- les courbes des contraintes maximales et minimales en fonction du nombre de cycles.

Pour l’essai à ∆εt /2 = 0.6% (Figure IV-2), les boucles d’hystérésis restent stables tout au long de l’essai. On note une légère augmentation de la contrainte minimale au cours de l’essai.

Chapitre IV Comportement cyclique à 800°C

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Figure IV-2 : Essai réalisé à T=800°C, ∆εt /2=0.6%, Nf = 187 cycles. (a) Boucles d'hystérésis (b) σmax et σmin en fonction du

nombre de cycles.

Pour l’essai à ∆εt /2 = 0.45% (Figure IV-3), les boucles d’hystérésis restent stables également.

Figure IV-3 : Essai réalisé à T=800°C, ∆εt /2=0.45%, Nf = 828 cycles. (a) Boucles d'hystérésis (b) σmax et σmin en fonction du

nombre de cycles.

Pour chaque amplitude de déformation, l’objectif était de réaliser deux essais. Toutefois pour ∆εt /2 =

0.45%, un seul essai est valide; un problème lié à la commande de l’extensomètre est survenu : l’extensomètre était réglé en déplacement absolu et non en mode relatif, le rapport de déformation Rε

Chapitre IV Comportement cyclique à 800°C

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Figure IV-4 : Boucles d’hystérésis et tableau récapitulatif des résultats de l’essai réalisé à T=800°C, ∆εt /2=0.45%, Nf = 1105

cycles

La durée de vie de cet essai est supérieure à celle de l’essai valide mais reste du même ordre de grandeur compte tenu de la dispersion: 1105 contre 828 cycles. Il semble donc que la déformation moyenne n’a pas une grande influence sur la durée de vie (dans la gamme explorée) et que l’amplitude de déformation est le paramètre le plus influent. Puisque le rapport de déformation est différent de -1, on constate une forte dissymétrie des cycles d’hystérésis, les contraintes en compression étant largement supérieures à celles en traction.

Pour l’essai à ∆εt /2 = 0.3%, plusieurs boucles d’hystérésis sont représentées sur la Figure IV-5. On remarque qu’ il existe un fort décalage entre les boucles (Figure IV-5). Le cyclage s’est déroulé selon trois étapes:

- le 1er _{cycle a légèrement dépassé la déformation imposée (ε}

max >0.3%), il est en décalage par rapport

au reste des boucles de l’essai (Figure IV-5 (a)) ;

- ensuite les boucles se stabilisent et se superposent en respectant la déformation imposée (Figure IV-5.b) ;

- enfin, après 3000 cycles, les boucles d’hystérésis commencent à translater et un important décalage en résulte. Les derniers 70 cycles ne sont pas représentatifs du comportement cyclique du matériau mais sont affectés par l’endommagement de l’éprouvette.

Chapitre IV Comportement cyclique à 800°C

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Figure IV-5 : Essai réalisé à T=800°C, ∆εt /2=0.3%, Nf = 3071 cycles. (a) Fort décalage entre les boucles d’hystéresis du 1er

cycle, demi-vie (1535 cycles), et dernier cycle; (b) Boucles d'hystérésis qui se stabilisent entre le cycle 2 et 2800 ; (c) σmax et

σmin en fonction du nombre de cycles.

Les résultats ci-dessus permettent de représenter une partie du domaine oligocyclique de la courbe de Wöhler d’IRIS à 800°C comme montré sur la Figure IV-6. Les résultats sont cohérents et permettent de dégager une loi qui pourrait être utilisée pour prédire la durée de vie de l’alliage IRIS dans ce domaine de sollicitation.

Il faudra évidemment réaliser d’autres essais à l’avenir, notamment des essais de fatigue grand nombre de cycles pour représenter les autres domaines.

Chapitre IV Comportement cyclique à hautes températures

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Il est également possible de représenter ces résultats dans un diagramme reliant l’amplitude de déformation plastique ∆εp/2 en fonction du nombre de cycle à rupture Nr. Une loi de type Manson-

Coffin peut alors être identifiée (Figure IV-7).

Figure IV-7: Courbe de Manson-Coffin pour l’alliage IRIS à partir des trois essais ∆εt /2= 0.3; 0.45 et 0.6% effectués à 800°C.

La valeur de ∆εp/2 a été extraite à partir du cycle de demi-vie de chaque essai. Compte-tenu du nombre

de courbes exploitables, trois points ont été représentés. Cette représentation permet ainsi de prédire la durée de vie pour chaque amplitude de déformation plastique appliquée.