Caractérisation de l’intégrité de surface des trous percés

Ce chapitre présente les résultats de la campagne expérimentale menée afin de caractériser l’ensemble des aspects de l’intégrité de surface des trous percés (aspects topologiques, mécaniques et métallurgiques). Le premier objectif de cette campagne d’essais a été de choisir ou de mettre en place des méthodes d’analyse adaptées à la caractérisation de l’intégrité des surfaces percées en alliage d’aluminium. Pour cela, un modèle numérique éléments finis a été développé afin d’estimer la profondeur du matériau, en sous-surface du trou, affectée par les aspects internes de l’intégrité de surface et de définir une échelle d’étude adaptée à ces aspects. La deuxième étape a été de mener, avec les méthodes d’analyse définies, des essais de caractérisation de l’intégrité des surfaces percées avec les configurations de perçage étudiées dans le Chapitre 2. Enfin, l’objectif final de cette campagne a été d’établir les corrélations entre l’intégrité de surface des trous et la tenue en fatigue des pièces percées afin d’expliquer les différences de tenue en fatigue observées au Chapitre 2.

La caractérisation expérimentale des aspects topologiques de l’intégrité de surface est présentée dans une première partie de ce chapitre. L’évaluation numérique de la profondeur du matériau, en sous- surface du trou, affectée par les aspects internes de l’intégrité de surface est ensuite exposée dans une seconde partie. Une fois ce paramètre évalué, les méthodes d’analyse définies pour la caractérisation des aspects métallurgiques et mécaniques ainsi que les résultats de caractérisation associés sont décrits dans les troisième et quatrième parties, respectivement pour les aspects métallurgiques et mécaniques. Enfin, les corrélations établies entre l’intégrité de surface et la tenue en fatigue, à partir de l’analyse des résultats de cette campagne d’essais et de la campagne d’essais de fatigue présentée dans le Chapitre 2, sont analysées dans une dernière partie.

Caractérisation expérimentale des aspects topologiques de l’intégrité de surface

Dans le cadre de la campagne d’essais présentée au Chapitre 2, une première caractérisation de l’état de surface des trous percés a été menée à travers la mesure du paramètre de rugosité Ra (écart moyen arithmétique du profil) (Figure 2-13), la spécification aéronautique portant sur ce paramètre. Les résultats obtenus ne montrent aucune corrélation entre la rugosité et la tenue en fatigue pour ce paramètre. En effet, pour le diamètre de perçage 6,35 mm, un écart significatif est observé entre les valeurs de Ra obtenues avec les procédés de perçage axial et orbital alors qu’un écart faible de tenue en fatigue est observé entre ces deux procédés pour ce diamètre. Au contraire, pour le diamètre de perçage 9,52 mm, un écart négligeable est noté entre les valeurs de Ra obtenues avec les procédés axial et orbital alors qu’un écart notable de tenue en fatigue est constaté entre les deux procédés.

L’écart moyen arithmétique du profil décrit l’allure générale d’un profil. Il est le paramètre le plus répandu dans la littérature pour caractériser la rugosité. Cependant, comme vu en Partie 1.4.2.2, ce paramètre ne semble pas être l’indicateur de performance en fatigue le plus approprié et d’autres paramètres tels que ceux décrivant les hauteurs maximales des irrégularités (Rt, Rz, Rv, etc…) et ceux décrivant la forme des vallées (Rku, Rsk) semblent, eux, plus pertinents. L’étude de la corrélation entre ces paramètres et la tenue en fatigue pour le cas de surfaces percées en AA2024-T351 n’apparaissant pas dans la littérature, il est pertinent de mener cette étude dans le cadre de ces travaux. Par ailleurs, les paramètres de rugosité de profil n’étant pas représentatifs de l’état topologique de l’ensemble de la surface usinée, il apparait aussi intéressant de mener une évaluation des paramètres de rugosité de surface (St, Sz, Sv, Sku, Ssk, etc…).

Ainsi, un large ensemble de paramètres de rugosité de surface a été caractérisé, comprenant ceux identifiés lors de l’état de l’art comme pouvant être des indicateurs pertinents de tenue en fatigue. L’évaluation de ces paramètres a été réalisée à l’aide d’un profilomètre optique (Alicona Infinite Focus) (Figure 3-1-b) qui exploite le principe de la variation focale. Avec ce dispositif, une portion des surfaces des trous percés a été reconstruite en 3D avec un objectif x10 et une résolution verticale de 200 nm (Figure 3-1-c). Les acquisitions ont été menées sur les éprouvettes de fatigue après rupture sur une portion de la surface percée située loin de la section rompue de l’éprouvette (section nette) (Figure 3-1- a). L’impact des dommages générés en fatigue sur la rugosité est donc supposé négligeable au niveau de cette portion de surface. Des acquisitions ont été réalisées pour les procédés de perçage axial et orbital, pour les éprouvettes d’épaisseur 6,35 mm percées au diamètre 6,35 mm et pour les éprouvettes d’épaisseur 10 mm percées au diamètre 9,53 mm. Comme vu au Chapitre 2, pour les premières éprouvettes, aucune différence de tenue en fatigue n’est observée entre les deux procédés de perçage (Figure 2-20) alors que, pour les secondes, une différence significative de durée de vie en fatigue est notée entre les deux procédés (Figure 2-21). Trois éprouvettes ont été mesurées par configuration de perçage.