Dans l’eau distillée en conditions REP

Dans cette section, les caractéristiques d’endommagement par fatigue équibiaxiale dans l’eau distillée en conditions REP sont présentées. Deux éprouvettes ont été étudiées : 743B-J (LVDT = 1,1 mm) et 743B-D (LVDT = 1,4 mm).

La durée de vie en fatigue d’un matériau donné est composée généralement d’une phase d’amorçage et d’une phase de propagation de la fissure. A cause du coût de l’arrêt et de la relance de l’essai, les deux éprouvettes ont été testées en fatigue équibiaxiale à 300°C à l’aide du moyen expérimental FABIME2e, jusqu’à la rupture (au moins une fissure dépasse le diamètre de la zone utile de l’éprouvette).

Cette section est composée de deux parties. Dans la première, nous décrivons qualitativement le mécanisme d’endommagement par fatigue dans l’eau distillée en conditions REP. Ensuite, nous déterminons la vitesse de propagation des fissures à l’aide de la mesure des espacements des stries de fatigue.

III.4.5.1. Analyse fractographique

La Figure III.32 présente les vues générales des faciès de rupture de deux éprouvettes d’étude, et montre :

 Dans les deux faciès, la présence de plusieurs zones d’amorçage dans la zone centrale des éprouvettes. Cette présence est beaucoup plus marquée dans l’éprouvette 743B-D (LVDT

= 1,4 mm).

 Pour les deux niveaux de chargements, la forme finale de la fissure est quasi semi-elliptique.

 Dans l’éprouvette 743B-D (LVDT = 1,4 mm), les différentes fissures se coalescent pour former une grande fissure semi–elliptique dépassant la demi-épaisseur de l’éprouvette, (fissure traversante). En revanche, dans la deuxième éprouvette 743B-J (LVDT = 1,1 mm) l’arrêt de l’essai a été effectué avant la coalescence de toutes les fissures et l’atteinte de demi-épaisseur (fissure non traversante).

Figure III.32 : Faciès de rupture après sollicitation dans l’eau distillée en conditions REP : 743B-J (LVDT

= ±1,1 mm) (b) : 743B-D (LVDT = ±1,4 mm)

La Figure III.33 et la Figure III.34 illustrent, respectivement, l’aspect des chemins de fissure de fatigue obtenus sur les deux éprouvettes 743B-J et 743B-D, en utilisant le Microscopie Electronique à Balayage. Le grossissement a été défini et fixé à x30. Elles montrent un embranchement des fissures dans les deux éprouvettes qui pourrait être dû à la fatigue assistée par la corrosion. Cet embranchement

est moins prononcé dans l’éprouvette 743B-J. Elles montrent aussi la présence des fissures de différentes tailles.

Figure III.33 : Chemin de quelques fissures dans l’éprouvette 743B-J (LVDT=1,1mm)

Figure III.34 : Chemin de quelques fissures dans l’éprouvette 743B-D (LVDT=1,4mm)

La Figure III.35 est une vue représentative de la morphologie de l’oxyde formé dans le faciès de rupture des éprouvettes testées en fatigue équibiaxiale dans l’eau distillée en conditions REP. La présence de cet oxyde a rendu l’étude de ces faciès difficile à réaliser.

Figure III.35 : La couche d’oxyde formée sur l’éprouvette testée dans l’eau distillée en conditions REP en imposant un déplacement de 1,4 mm avec différents agrandissements

Bien que la plupart des fissures présentes au niveau du faciès de l’éprouvette soient transgranulaires (Figure III.36 (a)), nous avons pu observer des fissures intergranulaires dans certaines zones (Figure III.36 (b)).

Figure III.36 : Image MEB du faciès de l’éprouvette 743B-D

La Figure III.37 présente une partie du faciès de rupture de l’éprouvette 743B-J (LVDT = 1,1 mm). L’amorçage de la fissure s’est produit dans la surface de chaque face de l’éprouvette puis s’est propagé en surface et dans l'épaisseur.

Figure III.37 : Faciès de rupture de l’éprouvette 743B-J (LVDT = 1,1 mm)

La Figure III.38 présente une image MEB d’un des sites d’amorçage de l’éprouvette 743B-J (LVDT = 1,1 mm) avec un agrandissement x 1000. La zone d’amorçage est très lisse et présente des facettes relativement plates séparées par des marches, elle a une apparence similaire à la rupture fragile.

En effet, les premières étapes de la propagation suivent les plans cristallographiques. Nous avons aussi remarqué la présence des stries de fatigue dans des zones très proches de site d’amorçage.

Figure III.38 : Image MEB d’un site d’amorçage de743B-J (LVDT = 1,1 mm)

Les stries de fatigue ont été clairement identifiées dans les deux faciès des deux éprouvettes, à partir de la première dizaine de micromètres de profondeur, (Figure III.39). La taille de ces stries est plus grande pour un chargement imposé plus important. Nous avons, aussi, remarqué la variation de la taille des stries dans le même faciès comme le montre la Figure III.39 (a).

Figure III.39 : Stries de fatigue à 60 μm de profondeur, (a) éprouvette 743B-D (LVDT=1,4 mm), (b) éprouvette 743B-J (LVDT=1,1 mm)

Dans la suite, nous étudions l’évaluation quantitative de l’étape de propagation des fissures.

III.4.5.2. Estimation du nombre de cycles à l’amorçage à l’aide de la mesure d’interstries

A l’aide des photos des mesures d’interstries des deux éprouvettes testées en fatigue équibiaxiale dans l’eau distillée en conditions REP (743B-D) et (743B-J) situées sur la Figure III.40 et la Figure III.41 nous avons estimé la vitesse de propagation locale dans quelques points de fissures dans chaque face des éprouvettes. En utilisant la même démarche que celle des éprouvettes testées dans l’eau à la température ambiante nous avons essayé de trouver la meilleure interpolation de ces vitesses (Figure III.42).

Figure III.40 : Image MEB des stries utilisées dans l’étude d’interstries de l’éprouvette 743B-J (LVDT = 1,1 mm)

Figure III.41 : Image MEB des stries utilisées dans l’étude d’interstries de l’éprouvette 743B-D (LVDT = 1,4 mm)

Figure III.42 : Interstries en fonction de la profondeur de deux éprouvettes testées en fatigue équibiaxiale dans l’eau distillée en condition REP

La Figure III.42 montre l’effet du chargement sur la vitesse de propagation. En effet, l’augmentation du chargement accroît la vitesse de propagation ce qui explique la diminution de la durée de vie.

Essai 743B-D (LVDT = 1,4 mm) 743B-J (LVDT = 1,1 mm)

Face 1 Face 2 Face 1 Face 2

N5F expérimental

(cycles) 1560 1400 11630 11000

ai (mm) 5.10^-2 5.10^-2 5.10^-2 5.10^-2

af (mm) 1 1 1 1

Pente : cste 0,002 0,0027 0,0003 0,0003

Np calculé

(cycles) 1497,8 1109,53 9985,77 9985,77

Na déduit

(cycles) 62,13 290,47 1644,23 1014,23

Tableau III.8 : Nombres de cycles de propagation déduits des mesures d’interstries des essais de fatigue équibiaxiale dans l’eau distillée en conditions REP

Nous résumons dans le Tableau III.8 les résultats de cette étude. En effet, en comparant la durée de vie expérimentale N5F avec le nombre de cycles de propagation d’une fissure de profondeur de 50 μm à une fissure de profondeur de 1 mm, soit de longueur surfacique de 5 mm, nous avons constaté une bonne cohérence des résultats sur les quatre faces des deux éprouvettes. En outre, le nombre de cycles à l’amorçage déduit qui correspond au nombre de cycles de formation d’une fissure de profondeur 50 μm est en bon accord avec la littérature puisqu’il correspond bien à moins de 10% de la totalité de la durée de vie. Cette étude confirme la bonne corrélation entre la distance interstries et la vitesse de propagation en milieu REP.