Détermination d'une loi de propagation de fissure de fatigue par corrélation d'images numériques

La Corrélation d'Images Numériques (CIN) a été utilisée pour identifier des lois de propagation de fissures en utilisant comme cadre les séries de Williams. La procédure d'identification est menée en trois étapes : (i) détermination des champs de déplacement sur chaque cycle de chargement considéré; (ii) détermination des termes des séries de Williams par une minimisation de la différence des champs expérimentaux avec les solutions analytiques de Williams paramétrées automatiquement; (iii) les coefficients identifiés sont alors utilisés pour initialiser la troisième étape qui est une corrélation d'images dite « intégrée » où les fonctions de forme sont les séries de Williams. Cette procédure permet d'obtenir des résultats plus précis que par une simple méthode projective et permet de gagner un temps précieux en initialisant les termes des séries de Williams pour la corrélation intégrée

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

Amélioration de la résistance en fatigue d'un acier 4140 par nitruration gazeuse

La nitruration, traitement de surface thermochimique -- Thermodynamique de la nitruration gazeuse -- Cinétique de la nitruration gazeuse -- Les techniques de nitruration -- Propriétés des pièces nitrurées -- Étude bibliographique : fatigue des aciers à surfaces améliorée -- Fatigue du métal de base sur bord lisse -- Fatigue du métal de base en fond d'entaille -- Traitement de surface entre acier traité et acier de base -- Traitement de surface et fatigue en fond d'entaille -- Fatigue axiale sur bord lisse -- Profils de microdureté -- Contraintes résiduelles -- Machines d'essais et montages -- Traction monotone -- Fatigue axiale en traction-compression cyclique -- Fatigue axiale en traction répétée -- Analyse des contraintes et déformations par la méthode des éléments finis à l'aide du logiciel forge 2 -- Données des calculs -- Application au comportement d'un bimatériau ou à l'influence de la profondeur de nitruration -- Application au design d'éprouvettes entaillées -- Fatigue en fond d'entaille : influence de la sévérité d'entaille -- Matériau, éprouvettes et traitements -- Profils de microdureté -- Fatigue en traction-compression cyclique sur éprouvettes entaillées

Fatigue strength improvement of a 4140 steel by gas nitriding: Influence of notch severity

International audienceFatigue failure of a gas-nitrided 4140 steel under axial cyclic loading results from a competition between surface crack initiation in the nitrided case and internal "fish-eye" cracking inside the core material. When nitriding is deep enough, the internal mechanism prevails in smooth specimens and fatigue strength improvement as compared to base metal is about 20%. In the present study, three V-notched specimens (blunt-medium-severe) are designed to be representative of the stress gradient (i) in a small rotary bending specimen, (ii) at the root of a gear tooth, and (iii) at the root of a very sharp notch. The cracking mechanism depends on the notch severity. The nitrided blunt notch fails from a fish-eye nucleated at the case/core boundary whereas the medium and sharp notches fail from surface cracks. The high-cycle fatigue strength improvement varies from 80% for the blunt notch and to more than 100% for the sharp notch. The notch fatigue behaviour of nitrided steel is discussed by comparing the evolutions of internal and surface fatigue strengths with relative stress gradient

In situ investigation by X-Ray tomography of the overall and local microstructural changes occurring during partial remelting of an Al-15.8 wt.% Cu alloy

The paper is concerned with the study of the microstructural changes occurring during holding of an Al–15.8 wt.% Cu alloy in the semi-solid state. These changes are investigated in 3D by in situ X-ray tomography carried out at the temperature of the treatment. The studies are classified in two categories: overall changes by measuring average values of characteristic parameters, and local changes by considering the evolution of individual necks between particles. It is shown in particular that the size of the solid particles or the surface area of the solid–liquid interfaces do not follow the classical power laws but rather evolve in a slower manner. Local observations confirm that these results are due to the competition of two coarsening mechanisms of the solid particles that occur simultaneously: dissolution of a small particle to the benefit of one or several bigger ones by an Ostwald-type mechanism and the growth of necks between solid particles due to their coalescence. Complex variations of neck size result from these mechanisms which can be explained only by considering the neighbourhood of the particles under investigation. These observations confirm that in situ X-ray tomography is a very powerful tool to provide data that are representative of the semi-solid state and to observe in real time the mechanisms that act on the microstructure

Capillary equilibrium in a semi-solid Al-Cu slurry

The microstructural evolution of an Al-15.8 wt.% Cu slurry held for 80 min at 555 degrees C has been characterised in-situ by X-ray microtomography. The different parameters measured by segmentation of the 3D images are analysed by reference to a model describing capillary equilibrium ill all aggregate of solid particles with uniform solid/liquid interface curvature. Excellent agreement is found between model predictions and experimental data, except for the fact that the solid/liquid interface area predicted by the model is lower by about 12.5% than that measured experimentally. This suggests that, owing to the progressive grain coarsening, the slurry does not achieve uniform interface curvature. The model makes possible the conversion of experimental data into evolutions of the dihedral angle, average surface tensions ratio. and capillary pressure ill the liquid

In situ investigation by X-Ray tomography of the overall and local microstructural changes occurring during partial remelting of an Al-15.8 wt.% Cu alloy

The paper is concerned with the study of the microstructural changes occurring during holding of an Al–15.8 wt.% Cu alloy in the semi-solid state. These changes are investigated in 3D by in situ X-ray tomography carried out at the temperature of the treatment. The studies are classified in two categories: overall changes by measuring average values of characteristic parameters, and local changes by considering the evolution of individual necks between particles. It is shown in particular that the size of the solid particles or the surface area of the solid–liquid interfaces do not follow the classical power laws but rather evolve in a slower manner. Local observations confirm that these results are due to the competition of two coarsening mechanisms of the solid particles that occur simultaneously: dissolution of a small particle to the benefit of one or several bigger ones by an Ostwald-type mechanism and the growth of necks between solid particles due to their coalescence. Complex variations of neck size result from these mechanisms which can be explained only by considering the neighbourhood of the particles under investigation. These observations confirm that in situ X-ray tomography is a very powerful tool to provide data that are representative of the semi-solid state and to observe in real time the mechanisms that act on the microstructure

Effects of duration of solution heat treatment on the evolution of 3D microstructure in AlSi7Cu3 alloy: A quantitative X-ray tomography study

International audienceThe evolution of the microstructure of an AlSi7Cu3 alloy is investigated by optical microscopy and X-ray tomography in as-cast condition and with subsequent solution treatments for 2 h 30 min and 50 h at 495 °C, respectively. The analyzed microstructure contains pores and hard inclusions, i.e. eutectic Si, iron-intermetallics, and Al2Cu phases. 2D microscopic surface examination was performed to reveal the characteristics of eutectic Si phase while 3D characterization by X-ray tomography (Lab-CT) was performed for the pores, iron-intermetallics, and Al2Cu phases. The 3D quantitative characterization can provide new insight into the microstructures amount, size and morphology change mechanisms during heat treatment. The Al2Cu phase, which presents a 3D interconnected structure in the as-cast condition, undergoes significant morphological changes during the solution heat treatment. The incipient melting of Al2Cu phase was evidenced after 50 h of solution treatment at 495°C, which leads to the formation of small pores (<60µm). Statistical analyses of the Al2Cu particle distribution, their size and their local mean curvatures describe the disintegration of the interconnected network structure followed by the dissolving of the disconnected particles. The eutectic Si undergoes fragmentation, spheroidization, and coarsening during the solution treatment

Determination of a fatigue crack growth law and the influence of the local plasticity by using Digital Image Correlation

International audienc