Interaction entre modes de déformation et modes de rupture

Tel qu’il a été précisé précédemment, si dans le domaine de DSA on observe un effet de la vitesse de déformation sur la réponse du matériau en termes de propriétés mécaniques (contrainte d’écoulement, allongement à la rupture) et de sensibilité à la fissuration intergranulaire assistée par l’oxydation, il est un domaine de vitesse de déformation pour une température donnée où intervient un phénomène affectant l’écoulement plastique du matériau, le rendant saccadé, et qualifié d’effet PLC. Un grand nombre d’essais de traction réalisés sur des éprouvettes de faible épaisseur, ont mis clairement en évidence le fait que, dans ce domaine particulier de vitesse de déformation, que l’essai soit conduit sous air laboratoire ou sous vide secondaire, la rupture s’opère de façon purement transgranulaire ductile. L’examen détaillé du faciès de rupture par MEB révèle l’absence de zone à caractère intergranulaire fragile sur toute la périphérie de la zone rompue. .

L’approche jusqu’ici communément proposée par les auteurs ayant abordé ce sujet relatif à l’interaction entre plasticité et oxydation de l’alliage se fonde sur des critères à caractère strictement mécanique. Néanmoins, depuis les travaux de Ter-Ovanessian en 2008 [Ter- Ovanessian 2008] qui a mis en évidence, pour une coulée d’alliage 718 traitée de manière à modifier sa teneur en interstitiels, que plus la teneur en interstitiels est faible et plus la frontière DSA / PLC est déplacée vers les fortes températures et les faibles vitesses de déformation, une contribution d’origine chimique à cette interaction entre modes de déformation et modes de rupture est envisagée. Cette approche, inspirée de la métallurgie physique, repose sur l’idée de l’enrichissement possible des joints de grains en éléments en solution solide dans l’alliage sous l’effet du drainage de solutés depuis le grain par les dislocations mises en mouvement lors de la déformation plastique de l’alliage. Cet enrichissement pourrait contribuer à augmenter la sensibilité à l’amorçage de fissures intergranulaires dans cet alliage en modifiant la réactivité de ces interfaces vis à vis de l’oxygène. A cette notion de flux d’éléments en solution associé à la densité de dislocations mobiles, il faut également ajouter un seuil d’enrichissement au-delà duquel l’interface est réputée sensibilisée à l’amorçage de fissure. Ce seuil est bien entendu dépendant de la déformation cumulée à l’échelle locale et, par là même, atteint par une population grandissante de joints de grains au fur et à mesure de la déformation.

La question du cumul de déformation nécessaire en DSA pour induire l’amorçage de la fissuration assistée par l’oxydation de l’alliage se pose:

Dans le cadre de ses travaux de thèse, Ter-Ovanessian a mis en évidence l’existence d’un paramètre important à prendre en compte dans le cadre de l’étude de la durabilité des pièces réelles. Il s’agit de l’historique de chargement mécanique en termes de déformation plastique cumulée et de vitesse de déformation. Les travaux de Ter-Ovanessian [Ter-Ovanessian 2012] sur la dépendance à la vitesse de déformation de la sensibilité à la F.A.O. le conduisent à ne plus considérer seulement l’intersection du domaine de vitesses de déformation compatibles avec les cinétiques de dégradation environnementales et du domaine de vitesses de déformation où n’apparaissent pas les instabilités plastiques pour caractériser le rôle du chargement mécanique sur l’amorçage de fissures intergranulaires. En effet, l’ensemble des essais interrompus qu’il conduit sur éprouvettes plates l’amène à introduire la notion de cumul de déformation plastique

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critique à vitesse de déformation donnée nécessaire à cet amorçage : en d’autres termes, pour développer de la fissuration à caractère IG, l’alliage 718 doit localement être soumis à une vitesse de déformation qui soit compatible avec les cinétiques d’endommagement liées au milieu sans entrer dans le domaine de vitesses d’occurrence du phénomène de PLC à la température donnée, mais doit également cumuler une déformation plastique critique , elle-même dépendante de la

vitesse de déformation plastique. Le graphique de Figure III-46 illustre les domaines où interviennent les différents modes de rupture et modes de déformation, ainsi que la quantification des déformations critiques d’apparition des premières amorces de fissures, . Deux explications

possibles à ce phénomène sont proposées : d’une part, la nécessité de drainer une quantité suffisante d’interstitiels au niveau des joints de grains jusqu’à une concentration critique permettant une interaction décohésive des interfaces constituées par les joints de grains et d’autre part, la nécessité de développer une contrainte critique dans la zone de pénétration intergranulaire d’oxydes qui soit compatible avec le phénomène de décohésion des joints de grains.

Figure III-46 Cartographie des modes de déformation et des modes de rupture de l’alliage 718 dans le domaine de températures 550-700°C, établie sur éprouvettes plates issues de feuillard testées sous air laboratoire. En italique, sont reportées les intervalles de déformation plastique cumulée nécessaires à

l’amorçage de fissures IG, d’après Ter-Ovanessian [Ter-Ovanessian 2012]

Cette cartographie réalisée sur éprouvettes plates associée aux simulations par éléments finis du comportement mécanique de l’éprouvette en V permet d’interpréter les résultats obtenus sur éprouvettes en V en termes d’amorçage de fissures intergranulaires. En effet, Ter-Ovanessian montre qu’une éprouvette en V ayant rompu dans un domaine de vitesse de déformation supérieur à la vitesse limite d’interaction mécanique-environnement, donc dans un domaine réputé non sensibilisant à la fissuration IG, peut présenter un faciès de rupture soit totalement TG, soit affecté par des zones IG. L’explication réside alors dans l’existence d’un paramètre important à prendre en compte dans le cadre de l’étude de la durabilité des pièces réelles qui est l’historique de chargement mécanique en termes de déformation plastique et de vitesses de déformation.

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En se fondant sur l’idée d’un enrichissement potentiel des joints de grains en éléments d’alliage en solution lors de la déformation plastique dans un domaine où les dislocations sont susceptibles de transporter ces solutés, une série d’essais a été réalisée, dans l’objectif de fournir des éléments de compréhension des mécanismes mis en jeu dans ces phénomènes.

Ces différents essais ont consisté à modifier le mode d’écoulement plastique en cours d’essai par changement de vitesse de déformation, à modifier l’atmosphère en cours d’essai ou encore à pré- écrouir le matériau avant traitement de vieillissement aéronautique. Les paramètres pris en compte lors de l’analyse des essais ont été l’allongement à rupture et l’indice de sensibilité à la fissuration assistée par l’oxydation (IFAO).

III.3.5. Changement de régime d’écoulement en cours d’essai : effet sur