Dépendance au maillage

L’effet du maillage sur le critère volumique doit être pris en considération. La taille des éléments constituants la peau du défaut ont un rôle important sur la valeur du facteur théorique de concentration des contraintes Kt. Ce facteur est défini par le rapport entre

la valeur maximale de σ22 et la valeur nominale σ22,nom toutes les deux calculées en

élasticité. La figure 3.34 montre que le fait de changer le maillage induit une valeur de Kt différente. En effet l’augmentation de la taille des éléments permet de régulariser

(adoucir) les fluctuations locales de la géométrie, situées au fond du défaut réel. Ces fluctuations entraînent une augmentation locale du champ de contrainte. Donc, il est tout à fait possible que les résultats du critère volumique soient affectés par la stratégie de maillage. Deux configurations de maillage ont été testées avec des taille de mailles très différentes. Dans les deux cas, les éléments choisis sont des éléments quadratiques. Le tableau 3.9 illustrent les résultats obtenus à partir du critère volumique avec une distance critique dc toujours égale à 7 µm. Malgré l’effet important noté sur la valeur du facteur

théorique de concentration de contraintes, cet effet reste très local et n’influence pas de façon nette les valeurs du coefficient de danger calculées par le critère volumique.

Figure 3.34 – Cartographie de la distribution de la contrainte σ22 dans la direction du

chargement en calcul élastique (σ22,nom = 0.07 × σu), calcul du facteur de concentration

de contraintes Kt

σnom,a/σu 0.34 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25

Cd (maillage fin) 1,25 1,09 1,06 1,04 1,02 1

Cd (maillage moyen) 1,244 1,089 1,052 1,032 1,012 0,99

Table 3.10 – Comparaison des résultats du critère volumique appliqué sur deux tailles de maillages différents pour une géométrie réelle de défaut (D = 300 µm)

6 Conclusion et synthèse

Sur le plan mécanique, l’acier X12CrNiMoV12-3 est très sensible aux défauts de cor- rosion, la taille du défaut critique au sens de Kitagawa est voisine de 7µm. Ce phénomène peut être expliqué par trois hypothèses :

– la fragilisation locale du matériau par des espèces chimiques venant de la solution lors de la pré-corrosion de l’éprouvette ;

– la forme complexe des défauts de corrosion comparée à des défauts de géométrie idéale ;

– la dureté élevée de l’acier inoxydable martensitique de structure très fine (lattes de martensite) comparée d’autres nuances d’aciers inoxydables étudier dans la littéra- ture (ferritique ou austénitique par exemple).

Ces hypothèses n’ont pas été vérifiées dans le cadre de l’étude actuelle.

L’analyse bibliographique met en évidence diverses approches et critères développés pour prendre en compte l’impact d’un défaut géométrique sur la résistance en fatigue. Ces méthodes sont souvent appliquées dans le cas de géométries idéales ou équivalentes

de défauts (hémisphériques, ellipsoïdes...). Certaines approches consistent à faire un pré- lèvement de l’état de contrainte sur une direction représentative définie le plus souvent par l’axe partant du fond du défaut en profondeur. Le critère de Gadouini [38] prend en compte l’effet du gradient de contrainte équivalente de Crossland. L’application de ce critère dans le cadre de cette étude donne une estimation acceptable de la limite de fa- tigue pour chaque taille de défauts étudiés. Néanmoins la limitation de ce critère se trouve dans le choix de la direction d’application du critère dans des configurations complexes de défauts, telles des défauts voisins et la simulation d’une géométrie réelle de défaut. Pour répondre à cette problématique, il apparaît nécessaire de faire un relevé volumique de l’état de contraintes autour du défaut. Deux méthodes peuvent être utilisées : (i) un relevé volumique autour d’une valeur de contraintes seuil ou (ii) autour d’une distance critique. Le choix s’est porté sur la moyenne volumique de la contrainte équivalente du critère de Crossland autour d’une distance critique. Le critère proposé permet d’estimer la limite de fatigue avec une erreur inférieur à 5% en assimilant les défauts de corrosion à des défauts de géométrie hémisphérique. L’avantage que présente ce critère est la pos- sibilité d’étudier des configurations complexes de défauts telles que l’effet de voisinage et des géométries de défauts réelles irrégulières. La distance critique sur la quelle est faite la moyenne volumique appliquée au critère de Crossland correspond à la taille de défaut critique identifié sur le diagramme de Kitagawa.

Ce critère a été validé dans le cas d’un chargement de traction-compression sur un seul type de matériau. Il serait nécessaire de le valider pour d’autre rapport du charge et dans le cas de chargements multiaxiaux mais aussi pour d’autre matériaux.

Effet de la corrosion sur la durée de vie

en fatigue de l’acier X12CrNiMoV12-3

Ce chapitre présente une étude expérimentale et une modélisation de l’influence de la corrosion sur la durée de vie en fatigue de l’acier inoxydable martensitique X12CrNiMoV 12− 3. Le but est d’identifier les mécanismes d’endommagement en fatigue assistés par l’envi- ronnement corrosif aqueux.

Une méthodologie expérimentale a été développée afin de mieux comprendre le pro- cessus d’amorçage des fissures de fatigue en milieu aqueux corrosif. L’abattement due à la corrosion sur la durée de vie en fatigue a été identifié à travers l’étude de l’effet combiné du chargement cyclique et de la corrosion en solution aqueuse contenant 0, 1 M de NaCl et 0, 044 M de Na2SO4 (pH = 6, 5). À partir des résultats de suivi électrochimique in-

situ pendant les essais de fatigue-corrosion, les phénomènes de couplage fatigue/corrosion ont été identifiés. Un modèle analytique de l’amorçage des fissures de fatigue assisté par l’environnement corrosif considéré dans cette étude a enfin été proposé.

1 Méthodes d’études électrochimiques de la dépassiva-

tion

L’étude du comportement électrochimique de l’acier dans le milieu corrosif aqueux au cours des essais de fatigue-corrosion a pour objectif de caractériser le système élec- trochimique formé à l’interface acier/solution. Deux techniques électrochimiques ont été utilisées : le suivi du potentiel libre de corrosion et la spectroscopie d’impédance électro- chimique globales (EIS : Electrochemical impedance spectroscopy). En premier lieu nous essaierons de déterminer les évolutions des paramètres électrochimiques, sans l’applica- tion d’un chargement cyclique en fatigue, puis nous intéresserons au cyclage mécanique en milieu corrosif.