Synthèse et discussion

Pour une plus grande clarté, une synthèse des résultats d’analyses de surface en lien avec les résultats de fatigue est présentée dans le Tableau IV.6 pour le procédé d’anodisation compacte et dans le Tableau IV.7 pour le procédé d’anodisation nanotubulaire.

144 Décapage Anodisation compacte Variation de la limite

d’endurance -17 MPa -15MPa

Microstructure de surface Non modifiée Non modifié Absorption d’hydrogène Pas d’absorption Pas d’absorption

Absorption d’oxygène Pas d’absorption Pas d’absorption Variation de la rugosité Rz -0,3µm Non modifié

Variation du Kt local Non modifié Non modifié

Variation des contraintes

résiduelles +10 MPa (Non modifié) -40MPa

Tableau IV.6 : Résumé des modifications de surface après le décapage et après l'anodisation sur des éprouvettes du procédé d'anodisation compacte (Barre 1).

Décapage Anodisation nanotubulaire Variation de la limite

d’endurance 0MPa -20MPa

Microstructure de surface Non modifié Non modifié Absorption d’hydrogène Pas d’absorption Pas d’absorption

Absorption d’oxygène Pas d’absorption Pas d’absorption Variation de la rugosité Rz -0,2µm Non modifié

Variation du Kt local Non modifié Non modifié

Variation des contraintes

résiduelles +90MPa +90MPa

Tableau IV.7 : Résumé des modifications de surface après le décapage et après l'anodisation sur des éprouvettes du procédé d'anodisation nanotubulaire (Barre 2).

Au chapitre III, deux lots d’éprouvettes, issus de deux barres différentes, avaient été usinés selon deux procédures très légèrement différentes et décapés avec la même procédure. Les résistances en fatigue étaient les mêmes pour l’état usiné mais différentes après l’étape de décapage (Tableau IV.6 et Tableau IV.7). Ainsi, nous recherchons des variations de l’état de surface entre les deux lots. Dans les deux cas, le décapage ne semble pas modifier les concentrations de surface en hydrogène et oxygène ni la microstructure de l’alliage. Ainsi, ces paramètres ne semblent pas pourvoir être une des causes expliquant les pertes de résistance en fatigue.

Les contraintes résiduelles posent deux problèmes : tout d’abord à l’état usiné les deux lots ne présentent pas les mêmes valeurs en compression avec -480MPa pour le premier lot et - 420MPa pour le second. De plus, après le décapage, elles sont plus en compression dans les deux cas (procédé d’anodisation compacte et procédé d’anodisation nanotubulaire). Les résultats sur les éprouvettes de fatigue décapées semblent contradictoires avec les essais de

145 fatigue. En effet, les variations de contraintes résiduelles ne sont pas corrélées avec celles des résistances en fatigue. Ainsi, ce seul paramètre ne semble pas pouvoir expliquer les modifications de résistance en fatigue. Plusieurs hypothèses peuvent être proposées : les contraintes résiduelles de sub-surface ont une influence plus importante sur la résistance en fatigue ou il pourrait y avoir une relaxation de ces contraintes pendant les premiers cycles de l’essai. Des mesures de profils de contraintes résiduelles après chaque étape pourrait apporter aussi des informations très importantes. En effet, il est possible que les résultats d’analyses de contraintes résiduelles de surface donnent des informations qui ne sont pas suffisantes pour conclure sur leurs rôles dans la résistance en fatigue, notamment dans le cas de profils très variables en surface. Par exemple en Figure IV.28, deux profils de contraintes résiduelles de surface différents sont présentés. Si pour simuler les mesures de surface, la moyenne de valeurs sur 15µm (correspondant à la profondeur de pénétration des rayons X [Velasquez]) est choisie, les mesures sur les états usinés donnent respectivement pour la courbe (a) -480MPa et pour la (b) -427MPa. Ainsi les valeurs sont-elles différentes pour l’état usiné. Si les moyennes sont calculées à partir de 3µm (correspondant à la perte de matière due au décapage) alors les valeurs sont pour la courbe (a) de -510MPa et pour la courbe (b) de -512MPa. Ici, les valeurs sont similaires à celle obtenues pour les mesures sur les substrats bruts, décapés et décapés deux fois. Ainsi, les courbes (a) et (b) pourraient représenter les profils de contraintes résiduelles sur les deux lots d’éprouvettes. Il est possible de supposer que ces deux profils provoquent des réponses différentes en fatigue après décapage. Ceci montre l’intérêt que pourraient avoir des mesures de profils de contraintes résiduelles sur les deux lots.

Figure IV.28 : Exemple de profils de contraintes résiduelles présentant des mesures différentes à l’état usiné et similaires à l’état décapé (dissolution de 3µm).

146 La topographie, quant à elle, est légèrement affectée par le traitement mais ne modifie pas le Kt local. Nous pensons donc que cette modification ne pourrait avoir qu’un effet très

restreint sur la résistance en fatigue. D’autant plus que les modifications sont les mêmes sur les deux procédés et ne permettent donc pas de les discriminer.

En résumé, les analyses de surface ne permettent pas de déterminer un paramètre prépondérant expliquant les modifications de la résistance en fatigue suite au décapage. D’autres analyses pourraient être envisagées comme des mesures du taux de dislocation permettant de caractériser la dissolution de la zone écrouie par l’usinage (dureté de surface [Utulan]).

Le cas de l’anodisation compacte est très différent. Aucune modification des concentrations en hydrogène et oxygène et de la topographie de surface n’est détectée. La microstructure n’est pas modifiée non plus (Tableau IV.6). Par contre, les contraintes résiduelles de compression diminuent. Ainsi il semblerait qu’elles pilotent la diminution de la résistance en fatigue dans ce cas. En effet, pour les mesures sur surface anodisée, les résultats obtenus sur l’éprouvette de fatigue confirment ceux obtenus sur les plaques laminées d’autant plus que la variation de -40MPa dans les contraintes résiduelles semble en accord avec la faible variation de la résistance en fatigue. En effet, la plupart des modèles simulant l’influence des contraintes résiduelles sur la fatigue se base sur un changement local de la contrainte moyenne par addition des contraintes résiduelles [James, Webster]. Dans ce cas, il semble que les contraintes résiduelles soient le paramètre expliquant la diminution de la résistance en fatigue [Schwach, Webster]. Ceci pourrait s’expliquer car les contraintes résiduelles générées par l’anodisation compacte le sont principalement en extrême surface [Nelson] contrairement au cas du décapage qui ne génère pas de nouvelles contraintes résiduelles. Afin de confirmer ces observations, il serait intéressant d’anodiser un autre lot ou des éprouvettes ayant un profil de contraintes résiduelles initiales différent.

L’anodisation nanotubulaire est un cas plus compliqué que les deux précédents traitements car elle combine la croissance d’un film anodique épais et une dissolution de la surface. Ainsi, deux principales modifications de surface ont été détectées (Tableau IV.7): changement de topographie et augmentation des contraintes résiduelles en compression. La modification des contraintes résiduelles de surface est en contradiction avec les résultats en fatigue comme dans le cas du décapage. Il est possible que les mêmes mécanismes soient mis en jeu d’où l’importance d’une compréhension accrue des effets du décapage sur les profils de contraintes résiduelles. De plus, il est possible que pendant la croissance du film anodique une partie de l’extrême surface du métal soit dissoute annulant l’influence de la croissance sur les contraintes résiduelles. Les autres paramètres de surface ne semblent pas être modifiés. Il est à noter que la multi-fissuration du film peut aussi entrainer des pertes de résistance en fatigue [Shazhad, Shiozawa, Cirik]. Ainsi, étant donné les résultats de fatigue et les observations post mortem des éprouvettes, il semble que les défauts topographiques et

147 la multi-fissuration du film soient les paramètres les plus prépondérants contre balançant l’influence des contraintes résiduelles, dans ce cas.