IV.3 Quantification des zones ductiles et fragiles

Les zones ductiles et fragiles pouvant être assez facilement délimitées, il est possible de réaliser une quantification de chacune de ces zones en fonction de la température et de la vitesse. L’influence de ces deux paramètres a été étudiée préférentiellement sur les éprouvettes lisses, les faciès de rupture vont servir à quantifier la « ductilité » du matériau. La ductilité ici sera reliée aux observations sur les faciès. Une éprouvette sera plus ou moins ductile suivant le pourcentage de zone fortement déformée sur le faciès de rupture. La zone ductile proprement dite correspond uniquement à la zone 1 de la figure III.41, c’est à dire à la zone de propagation caractérisée par un étirement important de la matière. Au delà de cette zone, le faciès est considéré comme fragile. La zone dite de transition sera prise en compte dans la zone fragile. Ce choix est basé sur un aspect expérimental pratique lié à la différence de couleur entre la zone ductile et les deux autres zones. Les faciès sont observés au macroscope et pris ensuite en photo. Ces dernières sont imprimées pour délimiter précisément au crayon les deux zones. La zone ductile est en blanc intense alors que le reste du faciès est gris, avec un léger excédent de matière à la limite zone ductile -zone de transition. Par cette méthode, il est facile de délimiter les différentes parties et de réaliser une quantification. La frontière entre la zone de transition

50 µm 20 µm 50 µm

et la zone fragile est en revanche beaucoup plus difficile à tracer, car peu de différences apparaissent à cette échelle d’observation. La figure III.43 donne les résultats de pourcentage de ductilité pour différentes conditions de sollicitation. L’influence de la vitesse et de la température sont mises en évidence avec une augmentation de la ductilité du matériau avec l’augmentation de température et la diminution de la vitesse. A 20°C, pour les différentes éprouvettes observées, une seule testée à 900 mm/min a indiqué une zone fragile. Les autres éprouvettes testées dans les mêmes conditions, ou à plus basse vitesse sont complètement ductiles. A -10°C, en dessous de 9 mm/min, il semble que la rupture soit ductile. Ainsi, suivant la vitesse, à -10°C soit la rupture sera ductile ou soit une transition au cours de la propagation rendra la rupture fragile. Les résultats indiquent que la vitesse limite de transition est d’autant plus faible que la température est également faible. Par une étude plus complète de la rupture du matériau en température et vitesse, il serait possible de déterminer un paramètre critique fonction de la température et de la vitesse, pour délimiter le domaine de transition entre une rupture complètement ductile et une rupture semi-fragile .

Figure III.43 Evolution du pourcentage de ductilité en fonction de la température et de la vitesse pour les éprouvettes lisses

Les mêmes observations et quantifications ont été réalisées sur les éprouvettes entaillées. Dans ce cas, il a été montré précédemment que l’influence de la vitesse étant faible, il n’est représenté sur la figure III.44 que l’évolution de la ductilité en fonction de la température. Simplement, les différentes vitesses des essais sont représentées par différents symboles, sans chercher à les commenter. En bleu sont donnés les résultats des AE4, en rouge ceux des AE1.6 et en vert ceux des AE0.8.

Figure III.44 Evolution du pourcentage de ductilité avec la température pour les éprouvettes entaillées 0 5 10 15 20 25 30 0.01 0.1 1 10 100 1000

Log Vitesse de l'essai (mm/min)

% aire ductile/aire de l'éprouvette

-50°C -10°C -80°C 20°C % = 0.35 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 Température (°C) Ductilité R = 4 mm R = 1.6 mm R = 0.8 mm

A 20°C, les ruptures sont ductiles, exceptée pour une AE0.8 à la vitesse la plus élevée. Les mêmes mesures réalisées sur les AE0.15 non représentées ici indiquent que le pourcentage de ductilité ne dépasse jamais 60% pour la plus faible vitesse. Ainsi, dès 20°C, l’influence de la triaxialité sur la perte de ductilité est mise en évidence. Aux plus faibles températures, une chute de ductilité est vérifiée. Il est intéressant de signaler qu’à -50°C, pour les AE4 il y a encore 50% de ductilité sur le faciès à rupture.

La diminution de température change également la localisation de l’amorçage. A –10°C, l’amorçage des AE0.8 se fait à la fois à cœur et sur les bords, alors qu’il est reste uniquement à cœur pour les AE4 et AE1.6. A -50°C, l’amorçage des AE1.6 et AE4 devient double (cœur et bord), alors que pour les AE0.8 il ne se fait plus que sur les bords. Ainsi, en plus de l’influence de la température sur la position de l’amorçage, ces résultats indiquent l’influence du rayon de courbure (donc du taux de triaxialité t) sur cette même localisation. A 20°C, la position du centre d’amorçage au centre de l’éprouvette témoigne d’un critère en endommagement maximal (lié à la triaxialité) comme critère d’amorçage. En revanche, à plus faible température, la ductilité et la cavitation étant très limitées, le cisaillement devient critique en fond d’entaille, d’autant plus que le rayon de courbure est faible. Cette délocalisation de l’amorçage fait que suivant la température sur les faciès, la zone fragile peut être entourée de deux zones ductiles.

Concernant les éprouvettes DENT, il est intéressant de signaler que le pourcentage de ductilité à 20°C ne dépasse jamais 40%, et cela pour le rapport a/B le plus faible. Ce pourcentage diminue avec l’augmentation de la profondeur de fissure initiale (l’augmentation de a/B augmente la triaxialité (cf.

Chapitre II, D.II.2.a) ce qui favorise la fragilité).