Suivi de fissure

Dans une première partie nous décrivons l’évolution de l’endommagement à partir de projections de la fissure. La figure 3.13a définit les zones (voisine du centre du trou) utilisées pour réaliser les projections des fissures alors que la figure 3.13b montre l’état de la microstructure à l’état initial (en projection sans la prise en compte des intermétalliques et des phases Al2Cu). Choisir des volumes de projection différents permet d’avoir une information sur les événements qui se déroulent hors du plan médian du trou (le plus sollicité). Quelques signes d’endommagement sont tout de même visibles à l’état initial au bord du trou. Ceci est probablement dû à l’usinage. Cette projection (figure 3.13b)

révèle aussi des portions d’anneaux qui correspondent à des artefacts de reconstruction (voir chapitre 2).

Figure 3.13 – (a) Coupe tomographique de l’éprouvette ESRF2_T1 à l’état initial. Les lignes rouges, vertes et bleues délimitent respectivement des empilements de 60, 200 et 400 coupes tomographies parallèles au plan XY. (b) Projection des niveaux de gris minimums sur 60 coupes à l’état initial.

La figure 3.14 montre les projections des fissures à différents nombres de cycles à charges maximales. Le volume contenant 60 coupes est centré sur le plan équatorial du trou et celui de 200 coupes regroupe tous les plans où le trou est présent. L’amorçage des fissures est rapide. Dès le cinquième cycle, des zones fissurées sont détectables sur les bords du trou. Leur propagation apparaît relativement lente lors des 500 premiers cycles. A partir de 700 cycles, les micro-fissures commencent à coalescer et l’endommagement est principalement localisé au cœur de l’éprouvette. Le front projeté de la zone fissurée apparaît courbe à N=800 cycles : les bords proches des surfaces planes de l’éprouvette apparaissent exempts d’endommagement, même après 800 cycles.

On remarque que quelle que soit l’épaisseur du volume projeté à N=500, les figures obtenues sont similaires ; ce qui signifient que les amorçages ont lieu dans le plan situé à "l’équateur" du trou (figure 3.14). Cela reste vrai jusqu’à 700 cycles. Pour N > 800, des événements visibles sur la figure 3.14b n’apparaissent pas sur les projections de la figure 3.14a (idem entre les figures 3.14b et c). Cela signifie que l’endommagement a lieu hors du plan équatorial : probablement des bifurcations de fissures, ou des amorçages de fissures secondaires. A cette étape de l’analyse, on ne sait pas si cet endommagement est continu (fissure unique) ou diffus.

— Plusieurs micro-fissures s’amorcent de manière hétérogène le long du trou à son "équateur" (≈ 50 % de la durée de vie).

— Ces fissures coalescent pour former une fissure principale.

— Cette fissure principale se propage orthogonalement au sens de sollicitation avant de dévier.

Figure 3.14 – Projections dans un plan orthogonal à la direction de sollicitation des fissures à différents nombres de cycles pour différents volumes de projection. Projections sur (a) 60 coupes, (b) 200 coupes et (c) 400 coupes.

La figure 3.15 permet de faire le liens entre les projections des fissures et l’interaction fissures/microstructure. Sur la sous-figure 3.15a, les coupes verticales où sont observées les fissures sont mises en évidence à l’aide de traits de couleur. Ce code couleur est le même sur la sous-figure 3.15b. L’amorçage à "l’équateur" du trou est validé par ces observations ; les fissures s’y amorcent de manière systématique. Une fois encore le rôle primordial des particules dures sur la localisation des sites d’amorçage est mis en évidence. Il en est de même pour la propagation : les images montrent que les fissures sont le résultat d’un

phénomène de coalescence. Les particules fragiles rompent successivement en pointe de fissure avant d’être "englouties" par celle-ci. Ce phénomène se produit dans les zones de la microstructure qui présentent une forte fraction locale de particules de silicium : à gauche du trou sur la coupe du haut et à droite du trou sur la coupe centrale sur la figure 3.15b. Ces images montrent aussi que les fissures ont tendance à bifurquer sous l’effet de la rupture de phases θ-Al2Cu (voir l’image encadrée en violet de la figure 3.15b) qui ont rompu en pointe de fissure.

Figure 3.15 – (a) Projection de l’endommagement à 800 cycles réalisé sur 400 coupes. (b) Visualisation de la microstructure sur des coupes tomographiques verticales à N=1000 cycles. Ces coupes sont représentées par 3 lignes verticales sur la sous-figure (a). Les marqueurs violet et rouges servent à donner l’orientation des coupes afin de faciliter la lecture.

Ces images complètent et valident les observations faites sur les projections. Sur la figure 3.16, un des plans de coupe vertical de l’éprouvette met en évidence les mécanismes d’endommagement et permet de décrire le comportement des fissures au cours du cyclage. La fissure s’amorce au bord du trou au niveau d’une phase riche en cuivre et se propage perpendiculairement au sens de chargement sur une centaine de micromètres en rompant des particules de silicium présentes en front de fissure. De l’endommagement diffus ap-paraît simultanément dans une zone eutectique orientée à 45° par rapport à l’axe X. La fissure bifurque alors de 45° et se propage vers le bas en reliant les zones préalablement endommagées.

de la fissure puisqu’elle s’amorce au bord du trou. De plus, elle met aussi clairement en évidence le rôle des particules dures lors de la phase de propagation : celles-ci sont progressivement endommagées lors des cycles, ce qui permet la croissance de la fissure principale par un phénomène de coalescence.

Figure 3.16 – Visualisation sur des coupes reconstruites de l’endommagement en fonction du nombre de cycle (à charges maximales).