microstructure et mécanismes d’endommagement en fatigue oligocyclique de l’acier moulé g20mn5

microstructure and damage mechanisms in low cycle fatigue of g20mn5 cast steel

• Auteur / Autrice : Antonin Bermond
• Direction : Helmut Klöcker, Jacques Stolarz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 31/03/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Science des Matériaux et des Structures
• Jury : Président / Présidente : Cécile Langlade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Langlade, Jean-Yves Buffière, Franck Morel, Jean-François Carton, Mathieu Lenci
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Yves Buffière, Franck Morel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Matériaux -- Fatigue

Acier moulé

Mots clés libres

Acier moulé

Micro-retassures

Fatigue

Endommagement

Cast steel

Fatigue

Damage

Micro-shrinkage

Résumé

Des lingots d’acier g20mn5 ont été coulés puis normalisés afin d’obtenir une microstructure ferrito-perlitique homogène. des éprouvettes de fatigue ont été extraites, en distinguant celles prélevées en peau (solidification colonnaire) et à cœur du lingot (solidification équiaxe). une campagne d’essais de fatigue oligocyclique a été menée sur 3 niveaux de déformation plastique imposée. certaines éprouvettes ont été analysées en tomographie afin de caractériser la population de porosités présentes. en parallèle, une étude métallographique a été menée sur une tranche de lingot entière afin d’étudier l’influence des conditions de solidification sur la microstructure.la microstructure et les caractéristiques mécaniques associées ne varient que très peu entre le cœur et la peau du lingot. l’amorçage des fissures se fait toujours sur une microporosité de solidification. les éprouvettes prélevées en peau du lingot présentent une durée de vie plus importante que celles prélevées à cœur. la différence de durée de vie entre peau et cœur augmente avec le niveau de déformation imposée. les micro-retassures ont été caractérisées par tomographie. les éprouvettes prélevées à cœur exhibent des porosités 1,7 fois plus grandes que celles prélevées en peau du lingot. une corrélation entre la durée de vie des éprouvettes et des paramètres géométriques des micro-retassures ayant amorcé les fissures a été mise en évidence.enfin une méthode de caractérisation de l’endommagement a permis d’étudier la proportion entre amorçage (stade i) et propagation d’une fissure (stade ii) en fonction des paramètres d’essai. cette dernière est apparue être la même entre le cœur et peau du lingot pour les deux plus faibles niveaux de déformation plastique imposée, alors qu’au plus haut niveau les éprouvettes du cœur du lingot montrent un stade d’amorçage légèrement réduite.

G20mn5 steel ingots were cast and then normalized in order to obtain a homogeneous ferritic-pearlitic microstructure. fatigue specimens were extracted, distinguishing those taken from the skin (columnar solidification) and from the core of the ingot (equiaxed solidification). a campaign of low cycle fatigue tests was carried out with three levels of controlled plastic deformation. some specimens were analyzed by tomography in order to characterize the population of porosities. in parallel, a metallographic study was carried out on a slice of the ingot in order to study the influence of the solidification conditions on the microstructure.the microstructure and the associated mechanical characteristics vary very little between the core and the skin of the ingot. crack initiation always occurs at a solidification micro-porosity. specimens taken from the skin of the ingot have a longer life than those taken from the core. the difference in lifetime between skin and core specimens increases with plastic strain. the solidification micro-porosity was characterized by tomography. the specimens extracted in the core exhibit porosities 1.7 times larger than those taken from the skin of the ingot. a correlation between the fatigue life of the specimens and the geometric parameters of the micro-cavities having initiated the cracks was highlighted.finally, a method for characterizing the damage made it possible to study the proportion between initiation (stage i) and propagation of a crack (stage ii) as a function of the test parameters. this ratio appeared to be the same between the core and skin of the ingot for the two lowest levels of imposed plastic deformation, whereas at the highest level the specimens of the core of the ingot show a slightly reduced initiation phase.