Lien microstructure – mécanismes d’endommagement en fatigue : couplage de la tomographie à rayons X et des mesures de champs

Abstract

Une meilleure compréhension de l’influence des défauts, et plus généralement de l’influence de la microstructure héritée du procédé d’élaboration, sur la fatigue est un prérequis à l’optimisation du procédé. Dans ce contexte, la tomographie à rayons X permet de caractériser in situ les évolutions microstructurales et les mécanismes d’endommagement au sein des matériaux métalliques. Elle permet, par exemple, d’analyser les évolutions microstructurales pendant la solidification d’alliages Al-Cu et de caractériser la microstructure d’alliages issus de procédés industriels (AlSi7Cu3, fontes) notamment les défauts de fonderie mais aussi les phases dures pour l’alliage AlSi7Cu3 (intermétalliques au Cu, au Fe et Si eutectique) et les particules de graphite pour les fontes SiMo. L’évolution de la microstructure, avec un traitement thermique ou avec une légère variation de composition, a été quantifiée ex-situ. Quand cette microstructure peut servir de mouchetis 3D pour la corrélation d’images volumiques (CIV), la réalisation d’essais in situ sous tomographie permet d’identifier des mécanismes mais aussi d’accéder à des données quantitatives par exemple sur la propagation de fissures 3D dans une fonte à graphite sphéroïdale ou sur l’amorçage et la propagation des fissures en fatigue oligocyclique dans un alliage d’aluminium. Dans l’alliage AlSi7Cu3, les essais de fatigue oligocyclique réalisés sous tomographie synchrotron ont permis d’atteindre une haute résolution spatiale de la CIV, rendant possible des mesures de déformation locales au sein des différentes phases dures. Les fissures observées s’amorcent généralement en interne près des pores, mais aussi sur les phases dures et se propagent en suivant les particules dures où la déformation cumulée de von Mises augmente jusqu’à rupture.