Congurations favorisant l'endommagement des inclusions

Deux types d'endommagement des inclusions non métalliques ont été répertoriés : le clivage [4,6,51,6062] et la décohésion à l'interface inclusion/matrice [6,51]. Comme vu à la section 1.2.1, ces particules ont un comportement fragile. C'est pourquoi, quand elles sont soumises à une sollicitation mécanique importante et que la cohésion à l'interface inclusion/matrice est bonne, le champ de contraintes est localisé sur les particules (Figures 1.21.a et 1.21.b). Cela entraîne leur clivage le long des plans cubiques {001} et/ou {011} (Figure 1.22.a) [63, 64] et il y a alors relaxation instantanée des contraintes.

Figure 1.21  Simulation par éléments nis des contraintes de von Mises pour une traction uniaxiale dans le sens horizontal à 950 MPa en considérant (a) et (b) une cohésion parfaite et (c)

Le phénomène de décohésion, illustré en Figure 1.22.b, apparaît quand la contrainte vue par l'inclusion n'est pas susante pour la fracturer ou/et que la cohésion à l'interface inclusion/matrice est faible [64,65]. Les dislocations s'accumulent alors à l'interface et l'endommagent progressivement jusqu'à l'apparition d'un vide entre les deux entités (Figures 1.21.c et 1.21.d) [6467].

Figure 1.22  Images au MEB (a) en mode SEI et (b) et (c) en mode BSE (a) d'un nitrure clivé le long du plan (001) dans l'Inconel 718DA, (b) de carbures présentant une décohésion à l'interface

carbure/matrice dans l'IN792 [6] et (c) de la coexistence des deux phénomènes d'endommagement des carbures dans l'IN792 [6]. Figures adaptées.

Cette interface peut également être fragilisée par l'expansion volumique des inclusions quand elles sont soumises à une variation de température et/ou à l'oxydation [6,68]. Ce phénomène sera détaillé dans le chapitre 4. De plus, comme illustré en Figure 1.22.c, les deux endommagements peuvent coexister [6, 51]. Les paramètres gouvernant ces deux types d'endommagement sont la contrainte appliquée et la capacité des grains voisins à accommoder la déformation plastique. Ainsi, selon les caractéristiques intrinsèques des inclusions et de la matrice, l'un ou l'autre des deux phénomènes sera prévalent.

Inuence de l'orientation des grains voisins

Dans le cas des inclusions clivées, la ssure ne se propage pas nécessairement à la matrice [63]. En eet, dans certains cas, la ssure s'arrête à l'interface. La matrice se plastie néanmoins en pointe de ssure : un ou deux plans de glissement (forme en "V"  cf. pointillé sur la Figure 1.23.a) sont activés dans le grain en contact. Les diérences de propriétés élastiques entre les particules et la matrice entraînent un champ de concentration de contraintes local important à leur voisinage (Einclusions=250-580 GPa et Eγ0 '200 GPa). Néanmoins, pour qu'il y ait propagation de la ssure à la matrice, le grain en contact doit avoir une conguration favorable à la propagation. Il y a deux types de transmission de ssure à la matrice qui ont pu être mis en évidence :

 la propagation transgranulaire avec un ou deux plans de glissement activés. Si un seul plan est activé, la ssure se propage en suivant ce plan (Figure 1.23.c). S'il y en a deux, elle se propagera en "zigzag" (Figure 1.23.d).

 la décohésion de l'interface particule/matrice suivie d'une propagation transgranulaire (Figure 1.23.b).

Figure 1.23  Images au MEB en mode BSE des diérents modes de propagations observés dans l'Inconel 718DA en LCF à température ambiante. (a) Pas de propagation à la matrice, (b) décohésion de l'interface inclusion/matrice suivie d'une propagation transgranulaire avec plusieurs

systèmes de glissement activés. Propagation transgranulaire à la matrice dans le cas (c) d'un seul et (d) de plusieurs systèmes de glissement activés. Figure adaptée de [63].

Texier et al. a étudié les congurations favorables à la transmission de ssure dans l'Inconel 718DA en fatigue oligocyclique à température ambiante [63]. Ils ont montré que les ssures se propagent dans les grains parallèlement aux plans {111} (Figure 1.24.a). Ceci est en accord avec des observations faites sur le Rene 88DT [64, 69, 70]. Ces plans correspondent aux plans denses de la structure cubique à faces centrées. La propagation transgranulaire se produit quand il y a une forte densité de dislocations présente dans le grain adjacent et que le facteur de Schmid est élevé. Le champ de déformation localisé au voisinage des inclusions est notamment inuencé par leur taille dans le volume (c'est-à-dire dans la profondeur). Concernant les congurations conduisant à une décohésion de l'interface, celles-ci dièrent selon la nature des particules (nitrures ou carbures). Les interfaces inclusions/grain adjacent sont le long des plans {001} et {111} pour les nitrures et les carbures respectivement. Pour qu'il y ait décohésion, il faut que dans les deux cas, il y ait peu de désorientation entre les plans de glissement {111} du grain adjacent en surface et les plans parallèles à l'interface (Figure 1.24.b et (Figure 1.24.d)). Cette condition est également nécessaire

Figure 1.24  (a) Image au MEB en BSE d'une décohésion de l'interface carbure/matrice en surface (èche verte) avec les plans {111} indiqués. Congurations en surface favorisant une décohésion de l'interface pour (b) un carbure et (d) un nitrure. Congurations dans le volume pour

(c) un carbure et (e) un nitrure. Figure adaptée de [63].

Pour nir, la propagation de ssures à la matrice semble être favorisée par la taille de l'inclusion notamment si celle-ci est plus profonde que large par rapport à la surface [8, 60, 63, 71]. Les amas sont également des congurations particulières qui créent des champs de concentration de contraintes locaux très importants et qui favorisent la coalescence de ssures [63,72,73].

Inuence de la précipitation au voisinage des inclusions

A hautes températures ou au cours du vieillissement, des inclusions secondaires peuvent précipiter aux joints de grains. R. Decker et al. ont montré dans un alliage base nickel que sous sollicitation mécanique à 870°C, une zone appauvrie en précipités γ0 apparaît autour des carbures et aux joints de grains. Cette zone est due à la diusion des éléments γ0-gènes qui vont former les carbures [74]. En uage, des micro-ssures apparaissent préférentiellement dans cette zone appauvrie en précipités et se propagent intergranulairement. Elles sont responsables de la rupture prématurée de ces éprouvettes. Il est intéressant de noter qu'une zone appauvrie en précipités γ0 n'apparaît pas s'il n'y a pas de sollicitation mécanique. Par conséquent, ce mécanisme n'est pas uniquement dû à la diusion des atomes. Il doit être assisté par une contrainte mécanique qui va entraîner un champ de déformation local au niveau des joints de grains. En théorie, ce phénomène peut également se produire pour les précipités γ” dans les alliages γ0/γ”. En eet, la précipitation de carbures de niobium NbC entraînerait un appauvrissement en γ” autour de ceux-ci [75].