Thèse soutenue

Étude tridimensionnelle de la propagation en fatigue de fissures internes dans les matériaux métalliques

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Auteur / Autrice : Arnaud Junet
Direction : Jean-Yves BuffièreXavier Boulnat
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux
Date : Soutenance le 11/01/2021
Etablissement(s) : Lyon
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
Laboratoire : MATEIS - Matériaux : Ingénierie et Science (Rhône) - Matériaux- ingénierie et science [Villeurbanne] / MATEIS
Jury : Président / Présidente : Véronique Favier
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Buffière, Xavier Boulnat, Véronique Favier, Gilbert Hénaff, Franck Morel
Rapporteurs / Rapporteuses : Gilbert Hénaff, Franck Morel

Résumé

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La fatigue est le principal phénomène causant la rupture de structures mécaniques. Pour les très grandes durées de vie, l’amorçage des fissures menant à la rupture des pièces en service passe de la surface au volume. Du fait des difficultés expérimentales, la propagation des fissures internes n’a que très peu été étudiée in situ et en 3D. Il est cependant crucial du point de vue du dimensionnement de connaître le comportement de telles fissures. Dans ces travaux, le suivi in situ de l’amorçage et de la propagation de fissures internes a été réalisé par tomographie aux rayons X (source synchrotron). Premièrement, une méthode de fabrication d’éprouvettes a été élaborée pour permettre de visualiser de manière systématique, non destructive et en 3D la propagation à 20 Hz de fissures internes dans un alliage de titane (Ti-6Al-4V). Un défaut artificiel a pour cela été usiné à la surface d’une tôle laminée de ce matériau. Une seconde tôle, placée sur la première, a été soudée par diffusion au frittage flash, permettant ainsi de rendre le défaut volumique. Des essais de fatigue in situ ont permis de montrer le rôle crucial de l’environnement (vide) ainsi que, dans une moindre mesure, celui de la texture cristallographique sur les vitesses de propagation des fissures internes. Deuxièmement, une machine de fatigue ultrasonique (fréquence de cyclage de 20 kHz) permettant de réaliser des essais in situ au synchrotron a été utilisée pour étudier la propagation 3D de fissures internes dans des éprouvettes d’alliage d’aluminium A357-T6 contenant un défaut interne artificiel. L’obtention préalable de la distribution 3D des grains par tomographie en contraste de diffraction (DCT) a permis d’étudier les mécanismes d’interaction entre la microstructure et le chemin de fissuration en 3D.