3. Influence d’une entaille sur la durée de vie en fatigue à grand nombre de cycles
3.1.1. Types d’amorçage
3.1.1.1. Introduction
L’importance de l’état de surface a été démontrée dans le début de l’étude. Les essais de fretting-fatigue du projet COGNAC amorcent sur une zone meulée sens transverse. Afin de conserver la
Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage L’amorçage pris en compte dans cette étude est celui qui produit la fissure principale. Les facies de rupture sur éprouvettes « de référence » sont assez faciles à lire du fait d’un amorçage qui semble unique et une phase de propagation semi elliptique comme l’illustre la Figure III-5.
Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents
Référence 380 MPa à R=0,1 4,96.105 Aucun
Figure III-5 : Faciès de rupture de l'éprouvette B5 : amorçage unique
Afin de s’assurer que les résultats obtenus correspondent bien à l’état de surface meulé sens transverse, certains amorçages doivent être écartés (car non représentatifs de l’état de surface) :
►Amorçage sur la surface tournée ►Amorçage sur la surface fraisée ►Amorçage en interne
►Amorçage en coin entre deux surfaces avec des états de surface différents
La Figure III-6 rappelle les états de surface présents sur une éprouvette de référence. Plusieurs de ces amorçages non-conformes ont été rencontrés, ce qui a mené à légèrement modifier la méthodologie d’usinage des surfaces afin de limiter le nombre d’essais non exploitables. La suite de cette partie s’appliquera à définir les amorçages non désirés et les modifications effectuées pour les éviter.
Figure III-6 : Etats de surface présents sur une éprouvette « de référence »
3.1.1.2. Amorçages à l’interface entre zone meulée et fraisée
La Figure III-7 présente la localisation des sites d’amorçage à l’interface entre meulage et fraisage. Il s’agit des 2 lignes bleues. Ces amorçages sont à proscrire car les effets de surface et/ou les effets géométriques ne sont pas maîtrisés dans ces zones.
Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage
Figure III-7 : Site d'amorçage à l'interface meulage-fraisage
Une étude sur l’amorçage a montré que l’éprouvette qui a amorcé dans cette zone possédait un défaut géométrique. En effet, une « marche » était présente sur cette interface. Celle-ci est créée par le bord de la meule utilisée pour usiner ces surfaces. La Figure III-8 illustre ce phénomène géométrique. La partie (b) de la figure présente une schématisation en accentuant l’effet du meulage sur la géométrie afin de bien différencier les zones meulées (lignes courbes) des zones fraisées (lignes droites). La dimension finie de la meule est la cause de cette marche. En effet, elle correspond à l’endroit où le rayon de la meule s’arrête comme le montre la partie (c) de la figure. Bien que la marche ne fasse que quelques dizaines de microns, la concentration de contrainte induite par cette marche favorise l’amorçage et ne permet pas de conserver ces points expérimentaux dans l’analyse.
Figure III-8 : schématisation de l'effet de "marche" entre la zone meulée et fraisée
La Figure III-9 présente des images en microscopie optique du faciès de l’éprouvette B7 qui a amorcé à partir d’une de ces marches. La zone en bas de la photo correspond à la marche. On peut ainsi voir qu’elle est d’environ 70 µm dans la zone d’amorçage.
Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage
Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents
Référence 382 MPa à R=0,1 3,30.105 2
Figure III-9 : EPB7 : Faciès de rupture amorcé sur une marche (interface meulage-fraisage) facies général (a) et zoom sur l’amorçage (b)
Suite à la rupture de la première éprouvette avec ce type d’amorçage, une modification de la méthodologie du meulage des éprouvettes de référence a été effectuée. En effet, après chaque préparation de surface, la présence de marches a été contrôlée sur chaque éprouvette et en cas de présence, les éprouvettes sont corrigées par une seconde passe de meule au niveau de la marche. La Figure III-10 présente la correction de ce problème. Il a de plus été vérifié que les amorçages ne se produisaient pas à la jonction entre les 2 passages de meules mais bien au milieu d’une zone meulée.
Figure III-10 : Correction du problème de "marche" sur une éprouvette de référence
L’éprouvette B7 est la seule à avoir eu un amorçage de ce type. La méthodologie a ensuite été modifiée afin d’éviter ce problème.
3.1.1.3. Amorçage en sous couche de la surface tournée
La Figure III-11 montre une micrographie optique du facies de rupture de l’éprouvette B6. Il s’agit de la seule éprouvette avec un amorçage de ce type. L’observation a montré que l’amorçage s’était fait sur la surface tournée (surface de droite) ou en sous couche de celle-ci. Les données d’essais de cette éprouvette n’ont pas été utilisées dans la suite de l’étude, celle-ci ne reflétant pas le comportement de la surface meulée.
Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage
Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents
Référence 447 MPa à R=0,1 3,70.106 7
Figure III-11 : EPB6 : Micrographie optique de l'amorçage sur la surface tournée
L’analyse de cet essai pose quand même un problème. En effet, la Figure III-4 a positionné cet essai à des contraintes largement au-dessus des autres éprouvettes de références. Il est donc étrange que les surfaces meulées n’aient pas amorcé et propagé pour ce niveau de sollicitation.
De ce fait, nous aurions pu considérer ce point comme un point de non rupture vis-à-vis de la surface meulée. Ce n’est pas ce qui a été choisi dans l’étude et ce point a été écarté des analyses afin de produire les paramètres du critère de Crossland.
3.1.1.4. Amorçage à l’interface tournage-meulage
Les Figure III-12 et Figure III-13 présentent les images d’un amorçage proche de la zone tournée. Communément décrits comme « en coin », ces types d’amorçages peuvent se faire sur la surface meulée mais assez proche pour que l’on ne sache pas si l’état de surface tourné a influencé l’amorçage ou non. Ici, l’amorçage se situe typiquement entre 100 et 500 µm. Le choix de la géométrie des éprouvettes permettait de limiter le risque des amorçages en coin sur les éprouvettes entaillées (cf partie Chapitre II 3.3.1) mais cet effet n’intervient pas ici en l’absence d’entaille.
Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage
Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents
Référence 427 MPa à R=0,1 2,69.105 3
Figure III-12 : EPB9 : Micrographie électronique d’un amorçage en coin
Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycles Paliers précédents
Référence 427 MPa à R=0,1 2,69.105 3
Figure III-13 : EPB9 : Micrographie optique d’un amorçage en coin
Les amorçages de plusieurs éprouvettes ont été étudiés en détail afin de définir si l’amorçage était « en coin » ou sur la surface meulée. Seul cet amorçage a été défini comme un amorçage en coin. Comme pour l’éprouvette précédente, le point expérimental est étrangement haut en contrainte sur la Figure III-4 ce qui sous-entend que la surface meulée de cette éprouvette a survécu jusqu’à ce niveau de contrainte. Afin d’assurer la représentativité des paramètres de Crossland à l’état de surface meulé, ce point expérimental n’a pas non plus utilisé dans le calcul.
Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage
3.1.1.5. Amorçages à partir de la zone meulée
Ce paragraphe va maintenant présenter la morphologie des facies de rupture des éprouvettes de référence qui n’ont pas été rejeté du fait d’un amorçage sur une zone non meulée. Ainsi, la Figure III-14 présente une vue au microscope optique d’un amorçage classique. On peut y voir un amorçage unique en surface, loin du bord de l’éprouvette avec une fissure semi-circulaire. Les éprouvettes qui n’ont pas été présentées dans les parties précédentes ont toutes une morphologie de facies ressemblant à cette éprouvette.
Type d’éprouvette Sollicitation max Nombre de cycle Paliers précédents
Référence 402MPa à R=0,1 4,26.106 Aucun
Figure III-14 : EPB14 : Micrographie optique d'un facies de rupture type d’une éprouvette de référence
Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage La Figure III-15 présente une image du même type mais en microscopie électronique. On peut y voir que les rivières s’orientent bien vers la zone d’amorçage unique et que celle-ci semble bien être sur la surface de l’éprouvette.