Etude multi-échelles pour la compréhension des phénomènes de fragilisation par les métaux liquides : cas de laitons α en présence de l’eutectique Ga-In

Abstract

Lorsqu’il est en présence de métal liquide, un alliage métallique ductile à l’air peut être sen-sible à la fragilisation par les métaux liquides (FML), ce qui se traduit par une perte de ductili-té pouvant provoquer une rupture fragile partielle ou totale. La sensibilité à la FML d’un al-liage métallique dans un métal liquide donné dépend de différentes conditions (matériaux, chimie du métal liquide, vitesse, température, microstructure). Ainsi, il a été montré l’inexistence de spécificité à la FML : tout métal ou alliage métallique peut, sauf à démontrer le contraire, être sensible à la FML en présence d’un métal liquide pour des conditions spéci-fiques données. La dépendance de la sensibilité à la FML à de nombreux facteurs ainsi, que les différentes interactions possibles entre le matériau et le métal liquide expliquent que les mécanismes menant à la FML sont encore mal connus. Différents modèles existent mais leur validité n’est vérifiée que pour des cas très spécifiques sans que des observations notamment aux échelles microscopiques et nanoscopiques puissent les expliciter. Afin d’avancer sur la compréhension et la prédiction des phénomènes de FML, nous avons donc étudié en détail la sensibilité à la FML de laitons α en présence de l’eutectique Ga-In (EGaIn), non seulement les conditions de sensibilité à la FML, mais aussi l’étude des méca-nismes aux échelles macroscopiques, microscopiques et nanoscopiques par également des observations in-situ, et la modélisation des phénomènes à différentes échelles. L’EGaIn étant liquide à température ambiante, ce métal liquide permet des observations in-situ lors d’essais mécaniques. De plus, l’étude du comportement de différents alliages proches doit permettre d’étudier des évolutions de composition, de mécanisme de plasticité, de mouillage sur la sen-sibilité à la FML. La sensibilité à la FML du cuivre et de laitons contenant 15, 20, 25 et 30 % dépend de la mi-crostructure, 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 macrosco-piques, la rupture est ductile puis fragile de type intergranulaire ce qui s’explique par la for-mation de l’intermétallique CuGa2 et une déformation plastique importante 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 en présence de métal li-quide. 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).