ETUDE COMPARATIVE DANS L'ALLIAGE D'ALUMINIUM 7075 DANS TROIS CONDITIONS DE REVENU ET DANS L'ACIER E460 DANS DIFFERENTES CONDITIONS D'ENVIRONNEMENT: AIR, VIDE, ENVIRONNEMENT INERTE CONTENANT DES TRACES DE VAPEUR D'EAU. LE COMPORTEMENT DES FISSURES COURTES AINSI QUE DES FISSURES LONGUES PEUT ETRE DECRIT PAR DES LOIS UTILISANT LE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE EFFECTIF. ANALYSE DE L'AGRESSIVITE DE L'ENVIRONNEMENT AMBIANT A L'AIDE D'UN MECANISME DE FRAGILISATION PAR HYDROGENE. PROPOSITION A PARTIR D'UN MODELE DU PHENOMENE DE FERMETURE DE FISSURE D'UNE RELATION D'EQUIVALENCE ENTRE FISSURES COURTES ET LONGUES PERMETTANT UNE PREVISION CONSERVATIVE DE LA DUREE DE VIE

Une approche utilisée la propagation des fissures de fatigue dans les alliages métalliques consiste à établir des lois de propagation c’est-à-dire, à corréler la vitesse de propagation de la fissure à l’amplitude de la variation du facteur d’intensité des contraintes (DK). Compte tenu de la difficulté expérimentale qu’implique la caractérisation des fissures en volume, ces lois sont le plus souvent établies à partir d’observations de surface. Nous proposons d’adopter une démarche différente qui consiste à prendre en compte l’aspect 3D de la propagation. Dans ce but, nous avons utilisé la micrographie X par rayonnement synchrotron pour visualiser in situ la forme 3D des fissures à différents stades de leur propagation dans deux alliages d’aluminium modèles. La méthode des Eléments Finis Etendus nous a permis de calculer les valeurs des facteurs K sans faire d’hypothèse de forme mais en prenant en compte la forme 3D réelle des fissures extraites des images tomographiques. Cette approche a été appliquée au cas des fissures microstructurellement courtes dont la forme très irrégulière a été corrélée à la forme 3D des joints de grains révélés par la technique du mouillage au Gallium. Pour ces fissures, la connaissance des valeurs de réelles de K n’est pas suffisante pour prédire l’évolution de leur forme en volume, montrant ainsi les limites d’une approche géométrique / élastique. Les fissures microstructurellement longues, dont la forme en volume est très régulière, se caractérisent par une forte anisotrope de propagation sont en bon accord avec les données expérimentales

CETTE THESE S'INSERE DANS UN PROJET DE CALCUL DE LA DUREE DE VIE DES ROULEMENTS PRENANT EN COMPTE LES CARACTERISTIQUES MICROSTRUCTURALES DU MATERIAU. LA PRESENTE CONTRIBUTION CONCERNE L'ETUDE DE LA PREMIERE PHASE DE PROPAGATION DES FISSURES DE SOUS-COUCHE, AMORCEES AU SEIN DES PAPILLONS DE PHASE BLANCHE FORMES AUTOUR DES INCLUSIONS, PAR FATIGUE DE CONTACT. APRES QUELQUES RAPPELS SUR LA PROBLEMATIQUE DE LA FISSURATION, NOUS MONTRONS QU'UNE APPROCHE TYPE METALLURGIE PHYSIQUE EST BIEN ADAPTEE A L'ETUDE DE LA PROPAGATION DES FISSURES COURTES PRECEDEMMENT DECRITES. PAR DES ESSAIS DE COMPRESSION APPROPRIES, NOUS AVONS TOUT D'ABORD ETUDIE LE COMPORTEMENT PLASTIQUE DE L'ACIER 100CR6 ET MONTRE LE ROLE DE L'ACTIVATION THERMIQUE DANS LA DEFORMATION DE CE MATERIAU. DE PLUS, NOUS AVONS DETERMINE LE VOLUME D'ACTIVATION DU MECANISME DE DISLOCATION RESPONSABLE DE CETTE DEFORMATION, ET CE MALGRE L'EXISTENCE D'UN PHENOMENE DE VIEILLISSEMENT DYNAMIQUE PROBABLEMENT DU A LA MOBILITE DES ATOMES DE CARBONE DANS LA MATRICE MARTENSITIQUE. ENSUITE, PAR DES ESSAIS DE FATIGUE DE CONTACT ASSOCIES A DES EXAMENS PAR CARTOGRAPHIE ULTRASONORE, NOUS AVONS PU DETECTER L'APPARITION DE L'ENDOMMAGEMENT EN SOUS-COUCHE ET MONTRER QUE LES FISSURES COURTES, OBJETS DE CETTE ETUDE, PRESENTENT UNE PREMIERE PHASE DE PROPAGATION TRES LENTE. NOUS AVONS ALORS DEVELOPPE UN MODELE DE PROPAGATION DE FISSURES COURTES, SOLLICITEES EN MODE II, FONDE SUR L'EMISSION DE DISLOCATIONS COINS EN FRONT DE FISSURE, DONT L'ORIGINALITE REPOSE SUR LE FAIT QU'IL PREND EN COMPTE L'ACTIVATION THERMIQUE DU MOUVEMENT DES DISLOCATIONS. APRES AVOIR ETUDIE LES PROPRIETES DE CE MODELE, NOUS L'AVONS APPLIQUE AU CAS DE L'ACIER 100CR6: NOUS AVONS AINSI MONTRE QUE LES FISSURES COURTES OBSERVEES PRESENTENT BIEN UNE PREMIERE PHASE DE PROPAGATION TRES LENTE

La propagation en fatigue d'une fissure, à partir d'un défaut initial en surface présent dans une structure tridimensionnelle chargée mécaniquement, est caractérisée par le fait que le défaut prend une forme semi-elliptique qui évolue au cours du temps. La sécurité des constructions et notamment celle des réservoirs sous pression interne nécessite de connaitre l'évolution de ce défaut au cours du chargement cyclique. Les concepts de sécurité, comme celui de fuite avant rupture, utilisent à la fois la profondeur et la forme du défaut elliptique au cours de la fissuration et nécessitent donc la connaissance de la loi de propagation. Cette évolution complexe est le plus souvent considérée comme régie par des approches basées toutes sur l'hypothèse que la propagation d'une fissure est sensible au gradient de contraintes et donc gouvernée par le facteur d'intensité de contraintes. Trois approches sont utilisées successivement, locale, globale et semi-locale. Par le biais des résultats des essais de fissuration et des calculs aux éléments finis nous avons examiné en même temps la valeur et l'évolution du facteur d'intensité de contraintes tout le long du front de fissuration initial de forme semi-elliptique, contenu dans une plaque en flexion trois points et dans un tube sous pression interne. Le calcul a été fait à partir des mesures réelles du front de fissure sur tube et sur plaque pour différentes conditions de géométrie a/c et a/b. Apres quoi nous avons utilisé ces résultats pour déterminer les paramètres de fissuration mi et Ci de la loi de paris. Ces coefficients sont relatifs à la solution de la fissure semi-elliptique au point le plus profond et en surface et pour deux rapports de charge R = 0,1 et 0,3 dans le cas d'une plaque (R = 0,3 dans le cas d'un tube). Nos résultats ont montres une certaine divergence concernant à la fois la valeur et l'évolution du facteur d'intensité de contraintes, notamment par rapport à ceux dépouillés par la solution de newman & raju et cruse & besuner. Cette divergence est du à notre avis à la densité et aux types de maillage utilise. Nos résultats sont une contribution au problème de la propagation des fissures de fatigue semi-elliptiques qui selon nous est encore actuellement un problème ouvert.

Le travail a été entrepris afin de pouvoir comparer le comportement des grandes et des petites fissures de fatigue dans deux alliages identiques en acier à haute résistance (le 30 NCD16 et le 16 NCD13). Pour arriver à ce but, les éprouvettes compactes entaillées ont été choisie pour l'étude du comportement des grandes fissures et les essais effectués nous ont permis de déterminer le seuil de non-fissuration de ces matériaux. Quant au comportement des petites fissures, les barreaux micro-entaillées en flexion ont été utilisés. L'ensemble de nos études nous ont permis d'avancer les conclusions suivantes : malgré une légère différence entre les caractéristiques mécaniques (telles que la limite d'élasticité, la résistance à la rupture, la striction et l'allongement) des deux matériaux, le seuil de non-fissuration de l'acier 30 NCD16 est approximativement deux fois plus grand que celui du 16 NCD13. Les valeurs moyennes du seuil retenues sont de 3MPaVm (16NCD13) et de 6MPaVm (3ONCD16). Dans une éprouvette micro-entaillée particulièrement par électroérosion, et au début de la fissuration, il n'y a jamais une seule fissure, mais plusieurs petites fissures non-traversantes qui se propagent à grand nombre de cycles à l'intérieur de l'éprouvette sans aucune indication à l'extérieur. Les petites fissures non-traversantes s'amorcent soit à partir des irrégularités soit à partir des irrégularités en combinaison avec les inclusions dans la matrice. Quel que soit le matériau choisi, le 30 NCD16 ou le NCD13, ces petites fissures se propagent différemment des grandes fissures et peuvent se propager pour des valeurs du facteur d'intensité de contrainte K inférieur à celle du seuil de non-fissuration du matériau.

LE SUJET TRAITE CONSISTE D'UNE PART A DEGAGER UN OUTIL PERMETTANT UNE DESCRIPTION RAISONNABLE DE LA LOI DE PROPAGATION ET DU SEUL DU NON PROPAGATION, D'UNE PART A PRENDRE EN COMPTE LE CHARGEMENTS D'AMPLITUDE VARIABLE POUR LA PREDICTION DE LA PROPAGATION. LA PREMIERE PARTIE CONCERNE L'INFLUENCE DES PRINCIPAUX PARAMETRES DE FATIGUE: RAPPORT R, ENVIRONNEMENT, LONGUEUR DE LA FISSURE ET LEUR INFLUENCE SUR LA FERMETURE DES FISSURES. NOUS AVONS MONTRE QU'EN REGLE GENERALE LE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE DE L'OUVERTURE, U, QUI PERMET DE CALCULER LA FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE EFFICACE ET LA VALEUR DU SEUIL. LA DEUXIEME PARTIE TRAITE DE LA PROPAGATION SOUS CHARGEMENT 'AMPLITUDE VARIABLE. UNE ETUDE PARAMETRIQUE A PERMIS DE DETALLER L'INFLUENCE DE LA LARGEUR DE BANDE DU SPECTRE ET DES METHODES DE COMPTAGE MISES EN UVRE. A L'AIDE DE METHODES DE COMPTAGE APPROPRIEES NOUS AVONS VALIDE L'APPROCHE DITE DU CHARGEMENT EQUIVALENT DEFINI PAR LE MOMENT STATISTIQUE D'ORDRE M DE LA DISTRIBUTION DES AMPLITUDES DE CONTRAINTES, M ETANT LA PENTE DE LA LOI DE PARIS EN AMPLITUDE CONSTANTE, DANS LE CAS D'HISTORIQUES DE CONTRAINTES STATIONNAIRES DE TYPE GAUSSIEN