Influence du métal liquide sur la déformation plastique et sur la rupture d’alliages métalliques : cas de laitons α en présence de l’eutectique In-Ga

Abstract

Lorsqu’il est en présence de métal liquide, un alliage métallique ductile à l’air peut être sensible à la fragilisation par les métaux liquides (FML), ce qui se traduit par une perte de ductilité pouvant provoquer une rupture fragile. La sensibilité à la FML dépend de différentes conditions (matériaux, chimie du métal liquide, vitesse, température, microstructure). De plus, les mécanismes menant à la FML sont encore mal connus ; en effet différents modèles existent mais leur validité n’est vérifiée que pour des cas très spécifiques sans que des observations notamment aux échelles microscopique et nanoscopiques puissent les expliciter. Afin d’avancer sur la compréhension et la prédiction des phénomènes de FML, nous avons étudié en détail la sensibilité à la FML de laitons α en présence de l’eutectique In-Ga (EGaIn), non seulement les conditions de sensibilité à la FML, mais aussi l’étude des mécanismes aux échelles macroscopiques et microscopiques par des observations in-situ, et la modélisation des phénomènes. La sensibilité à la FML du cuivre et de laitons contenant 15, 20, 25 et 30 % dépend de la microstructure, la dureté, la composition en zinc et la vitesse de déformation. Le facteur le plus important semble la composition de l’alliage du cuivre, et donc à travers cela les mécanismes de plasticité du matériau solide. Dans les cas menant à la FML, pour des essais macroscopiques, la rupture est ductile puis fragile de type intergranulaire ce qui s’explique par la formation de l’intermétallique CuGa2 et une déformation plastique nécessaire pour amorcer la FML. Les essais avec observations in situ au MEB et MET confirment la rupture fragile aux interfaces après une déformation plastique du matériau. La corrélation entre micro-essais de flexion et simulations par éléments finis a permis d’évaluer une ténacité en présence de métal liquide pour le Cu30%Zn, cohérente avec celle obtenue à partir de simulations à l’échelle atomique. Ce travail a été financé par l’ANR à travers le projet ANR GauguIn (N° ANR-18-CE08-0009-01).