Influence de l’environnement

L’influence de l’environnement est étudiée car il est susceptible de modifier la propension à la propagation suivant un mode fortement cristallographique. Des essais ont donc été menés sous vide.

Pour ces essais, le niveau de vide utilisé est compris entre 9.10-6 et 1,5.10-5 mbar. Les mesures de fermeture

sont aussi réalisées lors des essais sous vide.

La courbe de la Figure 120 présente les courbes de vitesse de propagations sous vide en fonction de ΔK et de

Figure 120 : courbes de propagations sous vide des microstructures bimodale et lamellaire.

On observe sur cette figure que les performances relatives de la microstructure lamellaire par rapport à la bimodale sous vide ne sont pas identiques à ce qui est observé sous air, où les microstructures lamellaires présentent de meilleurs performances que les bimodales sur toute la plage de ΔK considérée.. Sous vide, la microstructure lamellaire à de meilleurs performances que la bimodale aux faibles ΔK (jusqu’à environ 21

MPa√m, ou ΔKeffectif de 18 MPa√m), comme ce qui est observé sous air. Néanmoins, après ce seuil et

contrairement à ce qui est observé sous air, les vitesses de propagation de la microstructure lamellaire ne présentent pas de transition marquée et deviennent significativement supérieures à celles obtenues avec la

microstructure bimodale. En considérant les vitesses de propagation en fonction du ΔKeffectif, la différence sur

la microstructure bimodale est quasi négligeable, alors qu’elles présentent une nette différence pour la microstructure lamellaire. Il peut aussi être noté que contrairement à tous les autres essais commencé à un ΔK de 12 MPa√m, la microstructure lamellaire sous vide à nécessité d’augmenter graduellement le ΔK initial jusqu’à 15 MPa√m pour obtenir une avancée de la fissure.

En comparant les performances sous vide et sous air (Figure 121 et Figure 122), on observe un effet différent

de l’air sur les deux types de microstructures considérées. En effet l’air à un effet néfaste sur la résistance à la propagation de fissures de la microstructure bimodale, avec des vitesses de propagation similaires aux faibles ΔK puis légèrement supérieures sous air que sous vide, aussi bien en considérant la valeur d ΔK que de ΔKeffectif.

Les résultats obtenus sur la microstructure lamellaire sont assez différents. En effet la vitesse sous vide est dans un premier temps inférieure à celle sous air, ainsi, la valeur initiale de ΔK a dû être augmentée à ΔK =

rupture, avec une différence pouvant atteindre quasiment un ordre de grandeur à partir d’un ΔK d’environ 30 MPa√m. Cet effet est surprenant du fait d’un effet généralement négatif de l’air sur la résistance à la propagation de fissure observé sur les alliages de titanes à faibles niveaux de ΔK ou en fatigue [73], [74], ou plus généralement sur les alliages métalliques [75]–[78]. Cet effet est aussi visible sur les courbes de propagation en fonction du ΔK effectif.

Figure 121 : Comparaison des vitesses de propagation sous vide et sous air.

Figure 122 : Comparaison des vitesses de propagation par rapport au ΔKeffectif sous vide et sous air.

L’évolution de la fermeture visible sur la Figure 123, avec de faibles niveaux de fermeture pour la microstructure bimodale. On observe que la fermeture évolue de façon identique sous air et sous vide pour la microstructure bimodale. Il est intéressant de constater que le comportement en fermeture de la microstructure lamellaire en revanche change de façon significative en fonction de l’environnement. La fermeture mesurée est significativement plus faible sous vide que sous air.

Figure 123 : comparaison des niveaux de fermeture sous vide et sous air pour une microstructure bimodale et une microstructure lamellaire.

Cette différence de fermeture ne semble cependant ne pas être la cause de la différence de vitesse de propagations de la microstructure lamellaire entre vide et air. En effet, sur cette microstructure, la fermeture sous air est toujours supérieure à celle sous vide, même pour les plages de ΔK auxquelles les vitesses de propagation sous vide sont plus faibles que sous air. De plus, on constate cette inversion des performances

sous air et sous vide sur la courbe des vitesses de propagation en fonction du ΔKeffectif, (Figure 122), en ayant

donc retiré les effets de fermeture sont similaires à celle observées sur la Figure 121.

Afin de vérifier l’impact de la fermeture et du rapport de charge, des essais sous vides sur les deux microstructures sont réalisés avec des rapports de charges R = 0,7. Les courbes obtenues avec ces essais sont

comparés à celles des essais sous air à R = 0,7 sur la Figure 124. On observe ces tendances similaires à celle

observées à R = 0,1, mais avec des amplitudes différentes. En effet, la comparaison des performances de la microstructure bimodale, légèrement meilleures sous vide que sous air à R = 0,1, montre une différence significative à R = 0,7, du ΔK initial de 12MPa√m jusqu’à environ 30MPa√m. Concernant la microstructure lamellaire, la différence entre propagation sous vide et sous air est cette fois plus faible. En dessous de ΔK = 15MPa√m, on retrouve les meilleures performances sous vide, puis entre 15 et 25MPa√m l’air à un effet positif sur les performances.

Enfin dans un troisième temps, les vitesses de propagation mesurées sous vide et sous air se rejoignent. Il est ici utile de rappeler que pour les essais à R= 0,7, les points obtenus à des ΔK supérieurs à 30 MPa√m ne doivent pas être considéré comme de la propagation de fissure par fatigue, puisque le Kmax à partir de ΔK =

concentration de contrainte en pointe de fissure. Cependant, cette explication semble invalidée par l’effet contraire observé sur la microstructure bimodale, avec des performances inférieures sous air que sous vide. Une explication à cet effet différent pourrait être la diffusion d’oxygène dans les interfaces, plus nombreux dans la microstructure lamellaire qui serait donc plus affectée par cette diffusion, l’enrichissement en oxygène entrainant une augmentation de la résistance et une fragilisation. Cependant, cette diffusion à température ambiante semble trop limité et lente pour expliquer une telle différence.

Figure 124 : Comparaison des essais à R = 0,7 sous vide et sous air.

Pour approfondir la compréhension de cette interaction entre l’environnement et la propagation un essai est réalisé avec un changement d’environnement en cours d’essai. L’essai est ainsi débuté sous vide jusqu’à un niveau de ΔK de 23MPa√m. L’essai est alors interrompu pour changer d’environnement en cassant le vide. L’essai est enfin conduit sous la même amplitude qu’avant interruption et conduit à rupture. La courbe des

vitesses de propagation en fonction du ΔK et ΔKeffectif est présentée sur la Figure 125 et comparée aux essais

sur la même microstructure sous air et sous vide.

Figure 125 : Comparaison d'essais sous vide, sous air et avec changement d'environnement. Cet essai permet d’observer une légère différence entre l’essai sous vide et l’essai à environnement variable sur sa partie sous vide, cependant cette différence reste faible et la forme de la courbe sur ces deux parties est identique. Après le changement d’environnement les vitesses de propagation présentent un pic sur les premiers cycles sous air, avant de redescendre et présenter un « plateau » de vitesse jusqu’à rejoindre les vitesses obtenues lors de l’essai sous air.

Cet essai semble indiquer que le régime de propagation sous vide conserve une influence durant une certaine période même après passage à l’air. En effet, la phase transitoire avant que les vitesses de propagation ne rejoignent celle sous air représente environ 5mm d’avancée de fissure (avancée de fissure obtenue en environ 5 minutes) durant lesquelles une transition entre deux régimes de propagation s’applique.

Des études plus approfondies de la propagation sous vide seraient nécessaires, cependant, du fait des limitations de temps, ces études ne pourront pas être réalisées durant ces travaux de thèse.