Micromécanismes d'endommagement en fatigue oligocyclique d'un acier inoxydable duplex

Les micromécanismes d'endommagement d'un acier inoxydable duplex sont étudiés au cours d'un essai de fatigue plastique oligocyclique. Des observations de l'endommagement de surface, à l'aide d'un microscope in-situ, sont effectuées à l'échelle du grain. Combinées à ces observations, des champs de déplacements et de déformations sont calculés par une technique de corrélation d'images numériques, avec le logiciel CorreliQ4. Dans ce travail, il est montré comment la déformation plastique cyclique évolue dans les deux phases du matériau en cours d'essai et comment les mesures de champs permettent d'identifier les sites probables d'amorçage de microfissure et bien avant leur apparition

On the influence of microstructural gradients in the fatigue lifetime estimation of a railway axle

This study aims at characterizing the influence of gradients at different scales (loading, geometry, microstructure...) on fatigue strength through a multi-scale finite element modeling associated to several high cycle fatigue criteria. This is a necessary step in the perspective of conducting a relevant experimental campaign on notched specimen exhibiting a gradient of mechanical properties

Caractérisation du comportement mécanique d'un gradient de microstructure

Une démarche pour la caractérisation des métaux à gradients de microstructure s'appuyant sur des mesures de champs cinématiques est proposée. L'application d'un traitement de recristallisation à une éprouvette de traction en fer pur permet l'obtention d'un gradient de taille de grain localisé. Une variation de propriétés élasto-plastique à l'échelle de ce gradient de microstructure est recherchée en comparant la réponse observée aux résultats de calculs éléments finis

Amorçage et propagation de fissures de fatigue dans un alliage Al-Si A319 lors d'essais in situ de fatigue oligocyclique sous tomographie synchrotron

Dans l'industrie automobile, le procédé généralement utilisé pour la fabrication des culasses est le moulage en coquille par gravité. Il est progressivement remplacé par le Procédé à Modèle Perdu (PMP) dans un but d'optimisation de la géométrie, de réduction des coûts et de contrôle de la consommation des véhicules. Cependant, les pièces automobiles en alliage d'aluminium fabriquées par PMP ont une microstructure plus grossière et plus de pores que les pièces fabriquées en moulage en coquille par gravité à des vitesses de refroidissement plus grandes. Cette microstructure a une influence majeure sur le comportement en fatigue et les mécanismes d'endommagement des alliages Al-Si. Dans ces travaux, les mécanismes d'endommagement en fatigue oligocyclique ont été étudiés lors d'essais in situ sous tomographie de synchrotron (SLS et ESRF) à la fois à température ambiante et à la température de service des culasses (250°C°) sur des échantillons prélevés dans les zones les plus critiques de la culasse (face flamme). Préalablement, des observations sous microtomographe par rayons X de laboratoire (MATEIS et ISIS4D) ont permis de sélectionner les échantillons et les zones d'observations et d'analyses au regard de la taille et de la localisation des pores en particulier. La reconstruction 3D des images permet de visualiser les différents éléments de la microstructure (Si eutectique, intermétalliques au fer (?(AlFeMnSi) et ? (AlFeSi)), intermétalliques au cuivre (Al2Cu et AlCuMgSi) à haute résolution (1,6 - 2.5 µm de taille de voxel). Le lien entre la microstructure et l'amorçage et la propagation des microfissures a ainsi pu être étudié en volume. Cette microstructure sert par ailleurs de texture naturelle pour la corrélation d'images volumiques. Grace aux champs de déplacement 3D mesurés, la localisation et le développement de la déformation sont suivis au cours du cyclage. Il est démontré que la microstructure complexe 3D du matériau et la présence des pores produit des hétérogénéités locales qui peuvent être corrélées avec l'amorçage et la propagation des fissures de fatigue

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

The aim of this work is firstly to develop an in-situ microscopy device to perform surface damage observations at the microstructural scale (images of 120 x 90 Μm2) 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 (CORRELILMT and CORRELIQ4 softwares). 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 (grain size is about 10 Μm).L'objectif du présent 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 (images de 120 x 90 Μm2), en cours d'essais ; d'autre part acquérir régulièrement des images durant le cyclage à l'aide de ce dispositif, afin d' analyser l'endommagement grâce aux champs cinématiques calculés par corrélation d'images numériques (CIN) (logiciels CORRELILMT et CORRELIQ4). 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 (taille de grain de l'ordre de 10 Μm)

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

VILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocLILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF

Surface observation and measurement techniques to study the fatigue damage micromechanisms in a duplex stainless steel

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Fatigue damage analysis in a duplex stainless steel by digital image correlation technique

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Study of Fatigue Damage Micromechanisms in a Duplex Stainless Steel by Complementary Analysis Techniques

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Validation d'un calcul thermique métallurgique

peer reviewedLes sollicitations thermomécaniques en général, et les traitements thermiques en particulier, constituent un mode de sollicitation rencontré fréquemment dans le milieu industriel. Pour répondre aux besoins industriels, réduire les coûts et augmenter les cadences de fabrication, éviter les fissurations et les endommagements après le traitement thermique, la simulation numérique est un outil précieux. De fait, dans un procédé de traitement thermique, il y a des aspects thermiques, métallurgiques et mécaniques. Pour effectuer une simulation numérique complète, il faut établir des modèles pour ces différents aspects et identifier leurs paramètres respectifs. En particulier pour l’aspect métallurgique, il faut connaitre la cinétique de transformation du matériau étudié. Cette cinétique est donnée par les courbes de transformations isothermes (TTT, pour Time, Temperature, Transform) ou par les courbes de transformations en refroidissement continu (CCT, pour Continus Cooling Transformation). Ce papier présente une validation du modèle de Kirkaldy (Kirkaldy et al., 1979) pour définir un diagramme TTT et une validation limitée à l’aspect thermique métallurgique d’un modèle éléments finis thermomécanique métallurgique (Habraken et Bourdouxhe, 1992) qui permet de calculer un diagramme CCT à partir de la donnée du diagramme TTT. Les cas de 2 aciers sont considérés, un acier carbone-manganèse et un acier fortement allié