Apport des mesures de champs cinématiques à l’étude des micromécanismes d’endommagement en fatigue plastique d’un acier inoxydable duplex

Contribution of the kinematical field measurements to the study of low-cycle fatigue damage micromechanisms in a duplex stainless steel

• Auteur / Autrice : Ahmed El Bartali
• Direction : Suzanne Degallaix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Ecole Centrale de Lille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Infographie

Capteurs CCD

Analyse EBSD

Plasticité

Matériaux -- Fatigue

Acier inoxydable -- Fatigue

Mots clés libres

Acier inoxydable duplex

Acier inoxydable biphasé

Acier inoxydable austéno-ferritique

Résumé

L’objectif de ce travail est double : d’une part mettre au point un dispositif de microscopie in situ qui permette de faire des observations de l’endommagement de surface en fatigue d’une éprouvette standard en acier duplex, à l'échelle de la microstructure, en cours d’essais ; d’autre part acquérir régulièrement des images durant le cyclage, afin d'analyser l'endommagement grâce aux champs cinématiques calculés par corrélation d’images numériques (CIN). Des observations de surface permettent d’identifier et de suivre le développement et la localisation de la déformation plastique cyclique, d’identifier les sites d’amorçage des microfissures et de suivre la propagation des microfissures en surface. Ces observations, associées à des analyses EBSD, permettent d’identifier les systèmes de glissement activés dans chaque phase. Des mesures de relief de surface par profilométrie interférométrique permettent de caractériser la morphologie des marques de glissement apparues en surface. La texture de niveaux de gris de l’image, nécessaire à la CIN, est obtenue par attaque électrochimique. Les champs mesurés mettent en évidence les hétérogénéités de déformations à l’échelle des grains, le niveau des déformations plastiques cumulées et leur dispersion, dans chacune des phases. Ils permettent par ailleurs de détecter les sites probables d’amorçage des microfissures, bien avant leur observation. L'étude montre la complémentarité des diverses techniques utilisées, et en particulier l'intérêt des mesures de champs à l'échelle de la microstructure, vis-à-vis de la compréhension de l'endommagement en fatigue plastique oligocyclique dans le matériau biphasé qu'est l'acier duplex.

The aim of this work is firstly to develop an in-situ microscopy device to perform surface damage observations at the microstructural scale on standard duplex stainless steel fatigue specimen during low-cycle fatigue tests, and secondly, to acquire digital images regularly during cycling to analyse damage thanks to kinematical fields calculated by digital image correlation (DIC) technique. Surface observations allow to identify and to follow development and localisation of cyclic plastic strain, to identify microcrack initiation sites, and to follow propagation of these cracks at the surface. These observations combined with EBSD analysis enable to identify activated slip systems in each phase. The relief measurements by interferometric profiler allow to characterise the morphology of the slip markings appeared at the surface. The random surface texture necessary to DIC is obtained by a lightly electrochemically etching of the specimen. Fields measured highlight strain heterogeneities at grain scale, cumulated plastic strain levels and their dispersions in each phase. They allow also to detect the probable microcrack initiation sites, very before their observation. The study shows the complementarity of the various techniques used, in particular the interest of field measurements at the microstructural scale, towards the understanding of low-cycle fatigue damage in a two-phased material such as a duplex stainless steel.