Amorçage de la fragilisation par métal liquide du Cu-30% Zn en contact avec l'eGaIn

Abstract

Un métal ou alliage métallique solide ductile qui est déformé plastiquement en présence d’un métal liquide peut présenter une fragilisation par les métaux liquides (FML), ce qui entraine une diminution drastique de sa ductilité et un mode de rupture fragile. L’apparition de la FML dépend de la présence d’un contact direct entre métal liquide et alliage métallique. Celui-ci est influencé, entre autres, par la formation éventuelle d’intermétalliques entre le liquide et le solide. De même, plusieurs paramètres mécaniques, tel que la vitesse de déformation, les champs de contraintes et de déformation, jouent un rôle sur l’apparition pu pas de la FML. Dans cette étude, on a considéré différents essais mécaniques (essais de flexion avec différents types d’appuis, essai Small Punch Test (SPT)), différentes géométries d’éprouvette (avec et sans entaille) et différentes vitesses de déformation afin d’observer, pour l’alliage Cu-30%Zn, les conditions d’amorçage d’une rupture ductile à l’air et d’une fracture ductile et/ou fragile en contact avec l’eutectique Ga-In (eGaIn), qui est liquide à température ambiante. Les essais mécaniques ont été menés à l’air et en présence de eGaIn et les facies de rupture ont été observés par microscopie électronique à balayage pour identifier les modes de rupture. L’intermétallique entre l’alliage Cu-Zn et l’eGaIn a été observé à différents temps de contact et caractérisé. Pour chaque condition de sollicitation mécanique (essai mécanique, vitesse de déformation, géométrie d’éprouvette), la distribution des contraintes et des déformations ainsi que la vitesse de déformation ont été calculées par simulation numérique par la méthode des éléments finis. On a observé que, dans ce système, la FML n’apparait que pour certaines conditions considérées. En effet la FML est observée seulement pour les échantillons entaillés, l‘entaille entrainant une concentration importante de contraintes. De plus, même dans les conditions où la FML est observée, une rupture ductile est toujours observée avant la rupture fragile. Le lien entre conditions d’amorçage de la fissure ductile à l’air et FML est étudié, notamment à travers l’influence de la vitesse de déformation. La formation de l’intermétallique CuGa2 n’empêche pas l’apparition de la FML, même pour des temps de contact métal liquide / alliage métallique relativement longs. Finalement, à partir des résultats des simulations numériques, obtenus pour les différentes conditions, les valeurs des contraintes, des déformations et des vitesses de déformation sont prises en compte pour expliquer les conditions d’apparition de la FML.