5.5 Etude des limites de ce couplage
6.2.3 Essai m´ecanique sur ´eprouvette `a gros grains lamellaires
Afin de v´erifier l’effet de la microstructure sous la surface sur le chemin emprunt´e par la fissure, une ´eprouvette `a gros grains lamellaires avec uniquement deux grains dans l’´epaisseur a ´et´e utilis´ee. De par sa microstructure tr`es grossi`ere, l’orientation des grains de l’ensemble de l’´eprouvette peut ˆetre analys´ee. L’´etude de cette microstructure “test” permettra de valider les mod`eles de comportement utilis´es dans les calculs par ´el´ements finis grˆace `a la connaissance de sa microstructure en trois dimensions.
Le mat´eriau ´etudi´e ici comporte 47 % at. d’Aluminium, 2 % at. de Chrome et 2 % at. de Niobium. Ce mat´eriau est brut de fonderie et a subi une s´erie de compactages iso- statiques `a chaud de mani`ere `a refermer les pores. Sa composition chimique et son mode d’´elaboration lui conf`erent une microstructure `a gros grains lamellaires, comme repr´esent´e
196 Chapitre 6 : Application de la m´ethodologie `a l’´etude de la fissuration
par la photographie 6.23(a), obtenue `a la loupe binoculaire apr`es attaque chimique. L’ana- lyse de l’ensemble des faces de l’´eprouvette met en ´evidence la pr´esence d’au moins deux grains dans l’´epaisseur.
L’´eprouvette est sollicit´ee suivant un essai de flexion 4 points, comme pr´esent´e pr´ec´e- demment, `a l’int´erieur de la chambre du MEB. Des images num´eriques de la zone au-dessus de l’entaille sont prises au fur et `a mesure de l’essai m´ecanique. La courbe macroscopique ainsi que les diff´erentes ´etapes sont repr´esent´ees sur la figure 6.21. La zone d’´etude a ´et´e pr´ealablement recouverte de microgrilles poss´edant un pas entre barreaux de 1 µm. Cela permet par corr´elation d’images num´eriques d’obtenir un champ de d´eformation de cette zone avec une base de mesure de 2 µm. Les r´esultats de cette corr´elation d’images pour diff´erentes ´etapes sont pr´esent´es sur la figure 6.22. Les images ont ´et´e prises juste en avant de l’entaille.
Fig. 6.21 – Courbe macroscopique associ´ee `a l’essai de flexion 4 points sur l’´eprouvette `a gros grains lamellaires.
Cette succession de champs de d´eformation met en ´evidence une nette contribution de la d´eformation dans la direction des lamelles avec apparition progressive d’une autre direction privil´egi´ee de la localisation dans le grain sup´erieur. Cette direction a ´et´e mise en relation avec l’orientation des lamelles du grain sous la surface, comme visualis´e sur le montage de la figure 6.23(b) o`u la direction de la fissure correspond `a la direction des lamelles. Cet essai permet de mettre en ´evidence l’influence de la microstructure situ´ee sous la surface sur les champs de d´eformation obtenu exp´erimentalement.
La figure 6.23(a) permet de comprendre le sc´enario de fissuration de cette ´eprouvette. L’initiation se produit `a l’endroit o`u les champs de d´eformation sont les plus importants. (1) La fissure se propage avec un angle de -12◦ par rapport `a l’axe de sollicitation (horizontal).
Cet angle correspond `a la direction des lamelles du premier grain rencontr´e. Arriv´ee au joint de grain, (2) la fissure prend la direction des lamelles du deuxi`eme grain c’est-`a-dire 17◦ par rapport `a l’axe de sollicitation. Apr`es la travers´ee de ce grain, la fissure rencontre
un deuxi`eme joint de grain. La direction des lamelles du grain connexe poss`ede des lamelles quasi parall`ele `a l’axe de traction, la travers´ee de ce grain devrait donc ˆetre intralamellaire ce qui constitue le mode de propagation le plus difficile. (3) La fissure se propage donc suivant le joint de grain sur une distance d’environ 760 µm avant de bifurquer (4) suivant
6.2 Travaux exp´erimentaux 197
Zone d’´etude en noir (1)
(2) (3)
(4) (5)
Fig. 6.22 – D´eformations de von Mises obtenues pour 5 ´etapes du chargement de l’essai de flexion 4 points.
un angle d’environ -50 ◦ correspondant `a la direction des lamelles sous la surface (fig.
6.23(b)).
La fissure se propage donc pr´ef´erentiellement, lorsque cela est possible, dans le sens des lamelles (fig. 6.23(a)) soit `a l’interface entre les lamelles α2 et γ soit au sein des lamelles γ
suivant les plans de type {111} ou encore suivant les plans de type {0001} des lamelles α2.
L’image de la figure 6.23(b) a ´et´e prise apr`es la d´echarge faisant suite `a l’´etape 5 (cf. figure 6.21) pour laquelle il n’y a pas de fissure en surface. Cela indique donc que l’orientation des lamelles du grain sous la surface est plus favorable `a la propagation de fissure que le grain du dessus.
L’analyse du faci`es de rupture (fig. 6.24) a permis de confirmer la pr´esence de deux grains dans l’´epaisseur avec des orientations morphologiques diff´erentes et confirme la pro- pagation plus facile suivant les plans des interfaces lamellaires. Il est `a noter ´egalement que la forte d´esorientation (115 ◦) entre les deux grains de l’´epaisseur (grain en surface : 17 ◦
198 Chapitre 6 : Application de la m´ethodologie `a l’´etude de la fissuration
(a) Face avant, avant d´eformation (b) Face arri`ere apr`es retrait et juste avant rupture de l’´eprouvette de la plaque de duralumin
Fig. 6.23 – (a) Surface de l’´eprouvette avant et en cours d’essai (b) Evolution de la fissuration sur la face oppos´ee.
pr´epond´erant sur la vitesse de propagation tr`es lente observ´ee en surface.
6.2.4
Analyse des r´esultats
L’ensemble de ces r´esultats montre donc que dans le cas des grains lamellaires, la fissure se propage essentiellement suivant la direction des lamelles ce qui confirme les r´esultats bibliographiques obtenus sur ces microstructures et valide les choix effectu´es par Cornec et al. [13, 30] du rapport des param`etres des ´el´ements coh´esifs (propagation intralamellaire vs interlamellaire). Cette microstructure poss`ede une zone plastique en avant du front de fissure beaucoup plus importante que la microstructure `a grains monophas´es γ. Les grains monophas´es γ semblent privil´egier une propagation intragranulaire, suivant les plans de type {111} au d´etriment des interfaces. Toutefois, une propagation intergranulaire est observ´ee lorsque le grain mitoyen est mal orient´e du point de vue des m´ecanismes de plasticit´e comme cela avait ´egalement ´et´e observ´e par Ng et al. [23].
A l’aide de ces r´esultats, il est possible a priori, de choisir un sc´enario de fissuration permettant de d´efinir les emplacement des ´el´ements coh´esifs `a int´egrer dans le maillage de la microstructure r´eelle (c’est-`a-dire suivant les interfaces entre lamelles et suivant les plans de type {111} les mieux orient´es par rapport `a la direction de sollicitation des grains monophas´es γ) pour simuler, par ´el´ements finis, l’initiation et la propagation des fissures. Les param`etres de la loi de comportement cristalline sont identifi´es par les comparaisons