Observation de l’endommagement

L’effet de température sur l’endommagement et la rupture

Afin d’évaluer l’influence de la température sur le mode de rupture l’ensemble des faciès des éprouvettes 𝐴𝐸𝜒 ont été observés au microscope électronique à balayage (𝑀𝐸𝐵). La Figure 44 et Figure 45 présentent les comparaisons des observations réalisées sur les 𝐴𝐸2 et 𝐴𝐸4 à différentes températures et pour des différents niveaux de grossissement. L’amorçage est ductile pour toutes les éprouvettes 𝐴𝐸𝜒 testées entre −100°𝐶 et −20°𝐶. A −100°𝐶 et −50°𝐶, la déchirure ductile est suivie par une rupture en clivage. La taille de la zone ductile réduit de taille lorsqu’on diminue la température. A −100°𝐶, la zone ductile à l’amorçage devient très petite et est localisée sur des inclusions 𝑀𝑛𝑆 (Figure 44). On note également qu’après l’amorçage ductile, seule l’éprouvette 𝐴𝐸2 est rompue par clivage à −20°𝐶 contrairement aux éprouvettes 𝐴𝐸4 et 𝐴𝐸10 qui présentent une zone ductile centrée et une zone de cisaillement considérable aux bords. Sur la Figure 45 on distingue des grandes cupules qui ont des tailles qui varient entre ~20µm (indiquées par des flèches bleues dans la Figure 45) et ~200µm (indiquées par des flèches jaunes dans la Figure 45) et de très petites cupules ~1µm ( Cercles noirs de la Figure 46). Les grandes cupules se forment sur des inclusions 𝑀𝑛𝑆 dont certaines sont allongées et significativement de grandes tailles. Les cupules plus petites se forment sur des carbures 𝐹𝑒3𝐶. Sur la Figure 45 et sur la Figure 46, on remarque que pour une géométrie 𝐴𝐸𝜒 donnée, les cupules ont des tailles comparables entre −20°𝐶 et −50°𝐶. On en déduit que la température n’a pas d’effet remarquable sur la taille des cupules. L’amorçage ductile est contrôlé par un niveau de déformation. Le fait que la ductilité des éprouvettes 𝐴𝐸𝜒 ne dépende pas de la température (§3.4.1) signifie que ce niveau de déformation d’amorçage n’en dépend pas non plus. Du point de vue de la modélisation, cette remarque signifie que les paramètres du modèle d’endommagement à utiliser ne doivent pas dépendre de la température.

L’effet de l’état de triaxialité sur l’endommagement et la rupture

Pour évaluer l’effet de la triaxialité sur l’endommagement et la rupture, on propose d’observer toutes les géométries testées à −20°𝐶. Puisque la triaxialité est différente d’une géométrie à l’autre, on peut par simple comparaison des faciès, déduire l’effet de ce paramètre sur l’endommagement et sur la rupture. On rappelle que : 𝜏𝑇𝐶6 ≈ 𝜏𝐷𝑃 < 𝜏𝐴𝐸10 < 𝜏𝐷𝑃6 < 𝜏𝐴𝐸4 < 𝜏𝐴𝐸2 < 𝜏𝑆𝐸𝑁𝑇0.5 < 𝜏𝐶𝑇12.5. On choisit donc de regarder séparément l’effet d’une grande, moyenne et faible triaxialité sur la taille des cupules et sur le mécanisme de rupture. 4.2.1 Comparaison des éprouvettes 𝐴𝐸 (triaxialité modérée) A partir des observations (Figure 46) on remarque que la taille des cupules croit en fonction de la triaxialité. L’éprouvette 𝐴𝐸4 a une triaxialité plus grande que la 𝐴𝐸10 et donc présente des cupules plus grosses. En outre, on remarque que le pourcentage des grandes cupules par rapport aux petites, décroit en fonction de la triaxialité (comparaison des éprouvettes 𝐴𝐸2 et 𝐴𝐸4). La triaxialité de l’éprouvette 𝐴𝐸2 favorise la croissance des cupules jusqu’à ce qu’elles se rejoignent par striction sur un petit ligament et coalescent entre elles (Figure 46, Figure 47). Une grande triaxialité favorise alors la coalescence des cupules par striction interne (Stone et al., 1985). On rappelle que l’𝐴𝐸2 est la seule qui a présenté une rupture par clivage à -20°C ce qui n’est pas le cas pour 𝐴𝐸4 et 𝐴𝐸10 qui ont une triaxialité relativement faible (Figure 47). Ceci confirme le fait qu’une grande triaxialité favorise le clivage (Figure 44) (Soboyejo, 2002)

Comparaison des éprouvettes fissurées (triaxialité élevée)

On propose d’observer la zone de déchirure ductile des éprouvettes 𝐶𝑇12.5, 𝑆𝐸𝑁𝑇0.3, 𝑆𝐸𝑁𝑇0.5 et 𝑆𝐸𝑁𝑇0.7 en trois positions différentes qu’on repère par rapport au front de la préfissure de fatigue (Figure 48). Pour une éprouvette donnée (𝐶𝑇12.5 ou 𝑆𝐸𝑁𝑇𝑎0/𝑊 ∈ {0.3 ; 0.5 ; 0.7 } ), la comparaison à deux positions différentes montre que les cupules gardent une taille presque constante tout au long de la zone de déchirure ductile. Dans toutes les positions observées, la coalescence des cupules se fait par striction interne. La triaxialité élevé des éprouvettes 𝐶𝑇, 𝑆𝐸𝑁𝑇 favorise la croissance des cupules et leur coalescence par striction interne. Ceci est en accord avec notre remarque précédentes sur l’effet de triaxialité sur les éprouvettes 𝐴𝐸𝜒. Finalement, on constate que la profondeur initiale de la fissure dans les éprouvettes 𝑆𝐸𝑁𝑇 n’a pas d’effet remarquable sur la taille des grandes cupules observées (Figure 48 : 𝑎1,2, 𝑏1,2, 𝑐1,2). La taille des cupules des éprouvettes 𝑆𝐸𝑁𝑇𝑎0/𝑊 est comparable aux tailles des cupules dans l’éprouvette 𝐶𝑇12.5.

Comparaison 𝐴𝐸𝜒 − 𝐷𝑃6 (triaxialité modérée)

Pour les éprouvettes 𝐴𝐸4,𝐷𝑃6, 𝐴𝐸10 on remarque que les petites cupules sont les plus dominantes. Ces cupules sont germinées sur des inclusions de carbures dures et fortement attachées à la matrice ferritique ce qui nécessitent un niveau de déformation plus important pour leur germination. Deux grandes cupules se rejoignent (par cisaillement) à travers pleins de petites cupules intermédiaires. Autrement dit, une triaxialité modérée favorise la coalescence des micro-vides par localisation de la déformation (Figure 49) (Stone et al., 1985).