Thèse soutenue

Étude de l’effet « dwell » dans le Ti-6Al-4V : mécanismes de déformation et d’amorçage de fissures en relation avec l’orientation cristallographique locale de la phase αp

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Auteur / Autrice : Cyril Lavogiez
Direction : Patrick VillechaiseSamuel Hémery
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
Date : Soutenance le 11/03/2020
Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime / PPRIME
Jury : Président / Présidente : Véronique Favier
Examinateurs / Examinatrices : Florence Pettinari-Sturmel
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Prima, Bernard Viguier

Résumé

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L’introduction d’un temps de maintien à charge maximale au cours d’un chargement mécanique cyclique d’un alliage de titane (α+β), conduit à une réduction du nombre de cycles à rupture. Cet abattement de durée de vie, appelé effet «dwell», s’accompagne également d’une augmentation de la déformation plastique à rupture et d’une transition de l’amorçage des fissures fatales de la surface vers le cœur. Malgré plus de 40 ans de recherche, ce phénomène, qui est lié à la viscoplasticité des alliages de titane à température ambiante, reste mal expliqué. Dans la littérature, les efforts se sont principalement concentrés sur l’étude du mécanisme d’amorçage de fissure. Différents modèles ont été proposés mais le manque de données expérimentales statistiques sur les sites d’amorçage de fissure en dwell-fatigue, ne permet pas de converger vers un accord général. De plus, peu d’études ont porté sur l’influence du temps de maintien sur les processus de déformation, qui précèdent et sont au cœur de l’amorçage des fissures de fatigue dans les alliages de titane. Les travaux de thèse présentés se proposent ainsi d’étudier l’effet «dwell» à travers l’influence du temps de maintien sur les liens entre la plasticité et l’amorçage des fissures. Pour cela, plusieurs essais de fatigue et de dwell-fatigue ont été effectués sur un alliage Ti-6Al-4V avec une microstructure bimodale. Une étude exhaustive de l’ensemble des mécanismes de déformation de la phase αp (glissement basal, prismatique, pyramidal <a> et <c+a>, aux interfaces et maclage), résultant de champs mécaniques hétérogènes influencés par le report des contraintes entre grains voisins ou l’interaction des bandes de glissement avec un joint de grain, a d’abord été effectuée. Les techniques d’analyse EBSD et d’analyse des lignes de glissement ont été utilisées dans ce but. Les mécanismes de déformation ont été comparés à des taux de déformation plastique similaires pour différentes durées de maintien. Enfin, les configurations microstructurales d’amorçage de fissures ont été caractérisées. Un mécanisme d’amorçage de fissures nouveau a été mis en évidence en lien avec des configurations microstructurales spécifiques, en fatigue comme en dwell-fatigue et en surface comme à coeur. L’association des résultats sur les modes de déformation et l’amorçage des fissures a permis finalement de de suggérer les points où de futurs efforts pourront se concentrer.