Micromécanique de la fragilisation d'alliages d'aluminium par l'hydrogène

Micromechanics of hydrogen embrittlement of aluminum alloys

• Auteur / Autrice : Leonel Stermann
• Direction : Loïc Vanel, Döme Tanguy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 01/02/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Anne Tanguy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Loïc Vanel, Döme Tanguy, Alexandre Dimanov, Monique Gasperini, Jean Colombani, Frédéric Mompiou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alexandre Dimanov, Monique Gasperini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion sous contrainte

Alliages aluminium-cuivre

Micromécanique (physique du solide)

Fragilisation par l'hydrogène

Mots clés libres

Fragilisation par l’hydrogène

Alliages d'aluminium

Fissuration induite par l'hydrogène

Corrosion sous contrainte

Micromécanique

Plasticité

Hydrogen Embrittlement

Aluminum Alloys

Hydrogen assisted cracking

Stress corrosion cracking

Micromechanics

Plasticity

Résumé

La fragilisation par l'hydrogène des alliages métalliques structuraux est une préoccupation économique et de sécurité dans l'industrie mais elle n'est pas encore entièrement comprise. Les études à l'échelle de la microstructure sont cruciales pour élucider le rôle de la plasticité dans le processus de rupture. Notre stratégie consiste à réduire la taille des essais en utilisant une micro-platine de traction pour observer la propagation des fissures à une échelle inférieure à la taille de grains dans un alliage commercial AlZnMg. Des tests de fragilisation interne par l'hydrogène (IFPH) et de corrosion sous contrainte (CSC) ont été effectués sur des échantillons entaillés. La propagation d'une mono-fissure est suivie par microscopie optique et la corrélation d'images numériques est utilisée pour mesurer le champ de déplacement en surface et ainsi déterminer la position de la pointe de fissure. Une résolution du micron est atteinte. Les vitesses de propagation et le facteur d'intensité de contrainte appliqué sont mesurés. Deux types de déformation plastique sont observés, aussi bien en IFPH, qu'en CSC. Le premier type a la forme de deux bandes de déformation inclinées par rapport au plan de fissuration et émises par la pointe de fissure. La seconde est une déformation intense juste en avant de la pointe de fissure, avec seulement quelques microns d'extension. Les examens au microscope électronique à balayage de la surface de la fracture sont utilisés pour trouver des liens entre la morphologie de la fracture, la vitesse de fissuration locale et l'intensité de la déformation plastique locale.

Hydrogen embrittlement of structural metallic alloys is an economic and safety concern in many traditional industries and, looking forward, to the energetic transition. However; this phenomenon is still not fully understood. Microstructure scale studies are crucial to elucidate the role of plasticity in the fracture process. The strategy consists in reducing the size of the experimental set up by using a micro tensile machine to observe crack propagation at sub-grain scale in an AlZnMg commercial alloy. Internal hydrogen embrittlement (IHE) and stress corrosion cracking (SCC) tests are performed on notched samples. Single crack propagation is followed by optical microscopy. Digital image correlation (DIC) is used to measure the surface displacement and strain field and determine the crack tip position with a resolution of one micron. Crack propagation velocities and applied stress intensity factor values are obtained. In both IHE and SCC, two different kinds of plastic deformation are observed accompanying the crack propagation. They are finely quantified by DIC. The first kind has the shape of two deformation bands, inclined with respect to the fracture plane, emitted from the crack tip. The second one is an intense deformation just ahead of the crack tip with only a few microns extension. Scanning Electron Microscope examinations of the fracture surface are used to find connections between fracture morphology, local crack speed, and local plasticity intensity at a microscopic scale.