Résultats en traction-traction (R = 0.1)

Des essais de fatigue ont été conduits sur le matériau de référence pour un rapport de charge positif R = 0.1. Comme déjà montré dans la section précédente (pour R = -1) aussi dans ce cas nous avons comparés les points obtenus avec la base de données IDEFFAAR, le résultat est identique au précédent et donc la droite de Basquin pour le matériau de référence (grade < 1) à R = 0.1 est tracée sur l’ensemble des point expérimentaux (Figure 2.20).

Figure 2.20 : Diagramme de Wöhler obtenu pour le matériau sain de référence (grade <1) pour un rapport de charge R = 0.1 (fréquence de 106 Hz)

La Figure 2.21 montre le diagramme de Haigh tracé pour le matériau sain de référence (grade <1), le diagramme montre que le matériau suit un comportement qui est bien décrit par la loi de Goodman. Ceci indique un comportement à caractère quasi-fragile de l’alliage.

Figure 2.21 : Diagramme de Haig obtenu pour l’alliage A357-T6 dans la configuration saine de référence (grade < 1)

 Analyse des mécanismes d’amorçage pour le matériau de référence (surface usinée) Une analyse fractographique des faciès de rupture a été conduite afin d’étudier les sites d’amorçage à l’origine de la rupture des éprouvettes de référence pour les deux rapports de charge R = -1 et R = 0.1; trois cas de figure ont été identifiés.

 Amorçage sur une micro-retassure  Amorçage sur un défaut “type oxyde”

 Amorçage de type cristallographique dans la matrice aluminium

Pendant la campagne d’essais conduite dans notre étude sur le matériau dit de référence nous n’avons pas eu d’amorçages sur des micro-retassures en surface, cependant un cas de figure de ce type a été identifié sur des éprouvettes testées précédemment (base de données IDEFFAAR). La Figure 2.22 montre les surfaces de rupture d’une éprouvette testée à R = 0.1 qui a amorcée une fissure sur une micro-retassure en surface, le même résultat est montré en Figure 2.23 pour un rapport de charge R = -1.

(a) (b)

Figure 2.22 : Fissure amorcée sur une micro-retassure (éprouvette A335 - référence IDEFFAAR) sous chargement uniaxial à R = 0.1, σamp = 70MPa, N = 5.51∙10⁵ cycles, AIRE^1/2 = 178 µm [IDEFFAAR 2014]

(a) (b)

Figure 2.23 : Fissure amorcée sur une micro-retassure (éprouvette A330 - référence IDEFFAAR) sous chargement uniaxial à R = -1, σamp = 130MPa, N = 5.17∙10⁵ cycles, AIRE^1/2 = 182 µm [IDEFFAAR 2014]

La micro-retassure agit en concentrateur de contraintes et on remarque la zone classique de propagation autour de la micro-retassure avec les lignes de rivière qui convergent vers le défaut à l’origine de l’amorçage. Ce scénario est plutôt classique dans le cadre d’un alliage d’aluminium de fonderie et les micro-retassures de cette taille (inférieure à 200 µm) sont difficiles à identifier par radiographie classique.

En ce qui concerne l’amorçage d’une fissure à partir d’un film d’oxyde, la Figure 2.24 ainsi que la Figure 2.25 montrent les faciès de rupture de deux éprouvettes saines de référence (grade < 1) testées à un rapport de charge R = 0.1 qui ont amorcé une fissure sur des défauts ayant une morphologie proche de celle d’un film oxyde. Dans le cas montré en Figure 2.24 le défaut montre la forme typique de “papier froissé” qui est souvent indicateur d’une couche d’oxyde comme montré par Wang et al. ou Nayhumwa et al. [Wang et al. 2006; Nyahumwa et al. 2001]. Dans le cas de la Figure 2.25, la surface du défaut a une topographie très proche à celle observés dans les travaux de Wang et al. [Wang et al. 2001b] ou par Le [Le 2016] sur une alliage d’aluminium A356-T7 et qui ont indiqué un défaut de ce type comme une couche d’oxyde.

(a) (b)

Figure 2.24 : Fissure amorcée sur un film d’oxyde (éprouvette 24-1) sous chargement uniaxial à R = 0.1, σamp = 80MPa, N = 3.16∙10⁵ cycles, AIRE^1/2 = 827 µm

(a) (b)

Figure 2.25 : Fissure amorcée sur un défaut type oxyde (éprouvette 24-4) sous chargement uniaxial à R = 0.1, σamp = 75MPa, N = 5.35∙10⁵ cycles, AIRE^1/2 = 133 µm

La majorité des éprouvettes ont amorcé des fissures sur des défauts de cette nature, le scénario d’amorçage à partir d’un défaut de type oxyde est le plus probable. De plus si la présence de l’oxyde ne génère pas de la porosité associée, l’oxyde seul n’est pas détectable par un contrôle aux rayons X classique.

Des surfaces de rupture de type cristallographiques ont été observées pour les deux rapports de charge (R = 0.1 et R = -1). Pour cette nuance d’aluminium l’observation de ce phénomène sur le faciès de rupture est un indicateur d’un amorçage interne et d’une propagation sous un environnement de type vide [Serrano-Munoz 2014; Petit et al. 2010] (cf. paragraphe 1.2.3).

Dans l’ensemble des éprouvettes analysées, l’origine de l’amorçage est varié et principalement peut se distinguer entre deux cas de figure :

 Amorçage sur un défaut “type oxyde” loin de la surface libre  Amorçage sur une micro-retassure “interne”

La Figure 2.26 montre le faciès de rupture d’une éprouvette (34-1) qui montre de faciès de rupture de type cristallographique. La flèche noire en Figure 2.26b indique la probable

présence d’un film d’oxyde, suffisamment loin de la surface libre de l’éprouvette, qui a participé à l’amorçage d’une fissure de fatigue.

La Figure 2.27 montre les faciès de rupture de l’éprouvette 25-1 qui montre le faciès de rupture de type cristallographique qui appartient au deuxième cas de figure. Dans ce cas, l’amorçage s’est produit à partir d’une micro-retassure, la fissure a ensuite propagé sous un environnement “type vide” comme montré pour le même alliage dans les travaux de Serrano et al. [Serrano-Munoz 2014; Serrano-Munoz et al. 2017]. Cet aspect est strictement lié à la position initiale du défaut et sera approfondi dans le Chapitre 5 de cette étude.

(a) (b)

Figure 2.26 : Amorçage de type cristallographique dans la matrice aluminium (éprouvette 34-1) sous chargement uniaxial à R = -1, σamp = 120MPa, N = 1.55∙10⁶ cycles

(c) (d)

Figure 2.27 : Amorçage de type cristallographique dans la matrice aluminium (éprouvette 25-1) sous chargement uniaxial à R = 0.1, σamp = 70MPa, N = 1.79∙10⁶ cycles, AIRE^1/2 = 257 µm

Des surfaces de rupture de type cristallographique peuvent se présenter également dans un troisième cas de figure, qui, par contre, n’a pas été observé dans le cas des éprouvettes testées dans cette étude. En absence de défauts à l’origine de l’amorçage, il a été observé à plusieurs reprises sur des alliages de la famille Al-Si-Mg, que l’amorçage peut se produire à partir d’une Bande de Glissement Persistent (BGP) comme montré en Figure 2.28. Localement, dans la zone d’amorçage, la surface de rupture est semblable à celle observée dans le cas d’un amorçage sur un défaut “type oxyde” ou micro-retassure en interne. L’amorçage sur une BGP, est typiquement observable en surface et donc sauf la zone d’amorçage, la zone de propagation ne montre pas la nature cristallographique “à facettes”

(a) (b)

Figure 2.28 : Fissures amorcés sur une BGP, (a) alliage A357 avec addition de Sr [Dezecot et al. 2015], (b) alliage de fonderie Al-7Si-Mg [Nyahumwa et al. 2001]

2.3.3 Effet de l’état de surface sur la limite de fatigue en