Matériau conditionné à HR50

La rupture en traction monotone et en fluage d'éprouvettes NT4 pour le matériau PA6 sec est donc gouvernée par les mécanismes de cavitation puisque l'amorçage (caractérisé par les zones ductiles) est localisé au centre de l'éprouvette tout comme la valeur maximale du taux de porosité volumique. Pour le matériau conditionné à HR50, les mécanismes de rupture sur le même type d'éprouvettes NT4 sont différents. En effet, comme la Figure 3.32 permet de l'illustrer en proposant des images des derniers instants avant la rupture lors d'un essai de traction monotone sur éprouvette conditionnée à HR50, l'amorçage est localisé à la surface, de manière axisymétrique, et non au centre. Cet amorçage en surface est certainement dû à un défaut, inévitablement introduit lors de l'usinage des entailles. Il est suivi d'une sorte de déchirure ductile puis de la rupture finale brutale localisée cette fois au centre de l'éprouvette.

Figure 3. 32 Mise en évidence de la localisation en surface de l'amorçage de la rupture finale lors d'un essai de traction monotone sur éprouvette NT4. Matériau conditionné à HR50.

Ce scénario peut ensuite être relié aux surfaces de rupture de ces éprouvettes NT4 sollicitées en traction monotone et en fluage observées au MEB et représentées sur la Figure 3.33 pour le matériau conditionné à HR50. Ces faciès sont similaires pour les deux types de chargement. Du fait de la rupture initiée en surface des éprouvettes, la zone ductile est localisée en périphérie des éprouvettes, revêt bien un caractère axisymétrique et correspond à la phase de déchirure observée sur la Figure 3.32. La zone de rupture fragile est localisée au centre des éprouvettes et correspond à la phase de rupture finale et brutale. Entre ces deux zones, une zone dite « intermédiaire », de transition, présentant un type de faciès différent est également observée.

Figure 3. 33 Observations MEB de surfaces de rupture d'éprouvettes NT4 sollicitées en traction monotone et en fluage. Matériau conditionné à HR50.

Des observations plus fines de ces mécanismes de rupture sur matériau conditionné à HR50 sont proposées sur la Figure 3.34. La Figure 3.34.a permet de mettre en évidence le changement de type de faciès entre les zones de rupture ductile et fragile. Sur la Figure 3.34.b, de grosses fibrilles caractéristiques de la rupture ductile peuvent être observées. Ces fibrilles sont orientées depuis la surface vers le centre de l'éprouvette et renseigne donc sur la direction de propagation de la rupture ductile. De plus, elles possèdent une forme conique et leur taille (entre 40 et 50 µm de longueur) est égale à la hauteur du fan nord ou sud d'un polar-fan (et donc équivalente à la moitié de la hauteur du polar-fan entier, notée H_PF) observé juste avant la rupture (Figure 3.14). Sur la Figure 3.34.d, un scénario expliquant l'origine de la création de ces grosses fibrilles à partir de la microstructure du PA6 endommagé est proposé. Juste avant la rupture, les cavités sont organisées en polar-fans dans l'ensemble de la section nette de l'éprouvette, la densité de ces polar fans est très élevée et un polar-fan possède de nombreux voisins. La coalescence des cavités s'opère donc à la fois au sein d'un même fan par rupture des parois minces de matière entre les cavités (localisée sur la Figure 3.34.d par la flèche verte, il s’agit d’une coalescence en colonne) mais aussi entre les deux cavités de plus grandes dimensions, situées aux extrémités de deux polar-fans voisins cavités (localisée sur la Figure 3.34.d par la flèche bleue). Ce mécanisme peut par exemple être observé sur la Figure 3.13 (éprouvettes TM-C et FL-TM-C). TM-Cette coalescence mène alors à la création de cônes de matière non endommagée, entre les polar-fans, qui constituent, en retombant sur la surface, les fibrilles observées. Les zones de rupture fragile sont représentées à différentes échelles sur les Figures 3.34.c et 3.34.e. L'interprétation des mécanismes physiques à l'origine de ces faciès est beaucoup plus classique et est la même que celle proposée par Regrain [Regrain, 2009]. La rupture fragile est intersphérolitique et laisse apparaître sur les faciès la surface des sphérolites.

250 µm 250 µm

Zone Ductile - En périphérie

Zone Fragile Au centre

Traction Monotone Fluage

Finalement, deux mécanismes différents de rupture ductile ont pu être identifiés : la rupture par coalescence de macro-cavités menant à la formation de cupules circulaires d'une centaine de microns de diamètre et la rupture par coalescence des plus grandes cavités de deux polar fans voisins menant à la formation de grosses fibrilles couchées sur la surface.

Figure 3. 34 Observations MEB des différents faciès de la surface de rupture d’une éprouvette NT4 sollicitées en fluage. Matériau conditionné à HR50.

3. Eprouvettes entaillées NT045

Les éprouvettes entaillées NT045 présentent un rayon de fond d’entaille plus faible que celui des éprouvettes NT4 qui viennent d’être étudiées. L’état de contrainte multiaxial et non homogène produit au sein de l’entaille de ces éprouvettes NT045 est donc différent, et les taux de triaxialité des contraintes atteints sont plus importants. Il est donc intéressant d’étudier les phénomènes de cavitation en traction monotone et en fluage au sein de ce type d’éprouvettes et d’établir le lien avec l’état de contrainte. Il sera alors possible d’établir s’il convient de considérer les éprouvettes NT045 comme des éprouvettes entaillées au sens de Bridgman [Bridgman, 1944] ou s’il est plus approprié de parler d’éprouvette pré-fissurée de la Mécanique de la Rupture. L’étude de ces phénomènes de cavitation en traction monotone et en fluage au sein d’éprouvettes NT045 ont fait l’objet d’une publication [Selles et al., 2017b]. Ces études et les résultats présentés dans la suite concernent le matériau PA6 conditionné à HR50. Par ailleurs, ces études ont été enrichies par le développement et l’utilisation de nouveaux outils comme notamment la technique de la FFT présentée précédemment.

3.1. Procédure expérimentale d’étude de la cavitation

L'objectif de cette campagne expérimentale est de comparer les phénomènes de cavitation au sein d'éprouvettes NT045 déformées en traction monotone et en fluage. Cependant, interrompre manuellement des essais mécaniques aux points caractéristiques des courbes de chargement (pic de contrainte en traction monotone et début du fluage tertiaire en fluage) est difficile car la rupture intervient rapidement une fois ces instants atteints. Une procédure expérimentale basée sur l'utilisation d'éprouvettes doublement entaillées a donc été mise en place. Les éprouvettes déformées sont ensuite démontées puis inspectées en tomographie aux rayons X synchrotron de la même manière que pour les éprouvettes NT4.