III.3 Etude des m´ecanismes de rupture
III.3.2 R´esultats
90 CHAPITRE III. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DES ACIERS P1 ET TU
due `a l’anisotropie plastique.
La figure III.36 montre des photos prises au centre des faci`es de rupture des ´eprouvettes AE des aciers P1 et Tu au microscope ´electronique `a balayage. Dans le cas de l’acier P1, nous constatons que les faci`es des AE1 et AE2 contiennent majoritairement des grosses cupules, tandis que le faci`es des AE4 contient plus de petites cupules. Dans le cas de l’acier Tu, les grosses cupules sont dominantes sur les trois faci`es correspondant aux trois g´eom´etries d’entaille AE1, AE2 et AE4. Ces observations montrent que la germination des petites cavit´es `a partir de la deuxi`eme population de particules est plutˆot contrˆol´ee par la d´eformation plastique. Les petites cavit´es germinent plus tard dans l’acier Tu que l’acier P1.
Les coupes polies sur ´eprouvettes AE et Charpy V des aciers P1 et Tu sont pr´esent´ees sur les figures III.37 et III.38. Pour l’acier P1, on n’observe pas de cavit´es sous le faci`es de rupture. L’endommagement reste localis´e. Il n’y a pas d’endommagement diffus. Pour l’acier Tu, plusieurs cavit´es ont ´et´e observ´ees sous les faci`es de rupture. Il y a donc un endommagement plus diffus dans cet acier.
Les coupes polies sur ´eprouvettes fissur´ees CT issues des essais interrompus sont report´ees `a la figure III.39. On remarque que l’avanc´ee de fissure est sensiblement la mˆeme pour les quatre
´eprouvettes (environ 300µm). L’ouverture de fissure est plus grande pour les ´eprouvettes sur P1 que Tu. La relation CTOD-t´enacit´e [Lautridou and Pineau, 1981] nous donne une valeur de t´enacit´e plus grande pour l’acier P1 que l’acier Tu.
Les observations nous permettent de donner les quelques conclusions suivantes concernant les trois phases du processus de rupture ductile.
Acier P1
• Germination et croissance des cavit´es : Les cavit´es germinent `a partir de la premi`ere population de particules. La germination se fait par d´ecoh´esion pour les particules de sulfure de calcium (CaS) (Fig. III.40a) ou des particules mixtes (Fig. III.40b) et par la rupture des particules de nitrure de titane (TiN) (Fig. III.40c). On observe ´egalement la germination de petites cavit´es `a partir de la deuxi`eme population, c’est `a dire `a partir des MA et des carbures (Fig. III.40 d et e). Les cavit´es germinent et croissent de fa¸con isotrope.
• Coalescence des cavit´es : Deux modes de coalescence : striction interne (Fig. III.41a) et bande de localisation (Fig. III.41b et c) ont ´et´e observ´es.
Acier Tu
• Germination et croissance des cavit´es : Les cavit´es germinent `a partir des particules bi- phas´ees couplant une phase d’oxydes et une phase de sulfure de calcium (Fig. III.42a).
Les cavit´es croissent d’une fa¸con plutˆot isotrope (Fig. III.42b et c).
III.3. ´ETUDE DES M ´ECANISMES DE RUPTURE 91
• Coalescence des cavit´es : La coalescence par striction interne a ´et´e observ´ee (Fig. III.43).
92 CHAPITRE III. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DES ACIERS P1 ET TU
a
b
S T
40µm 400µm
Figure III.35 : Fractographie d’une ´eprouvette de traction suivant L (essai 1TR2L, acier P1).
a : aspect macroscopique, b : d´etail au centre du faci`es
III.3. ´ETUDE DES M ´ECANISMES DE RUPTURE 93
P1-AE1T Tu-AE1T
P1-AE2T Tu-AE2T
P1-AE4T Tu-AE4T
Figure III.36 : Fractofraphie des ´eprouvettes AE des aciers P1 et Tu. (photos prises au centre du faci`es de rupture).
94 CHAPITRE III. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DES ACIERS P1 ET TU
P1-AE4L
Tu-AE2T
Tu-AE4L
40µm 40µm 40µm
Figure III.37 : Microscopie sur surface polie non attaqu´ee. Coupes longitudinales des
´eprouvettes AE issues des essais interrompus (aciers P1 et Tu).
III.3. ´ETUDE DES M ´ECANISMES DE RUPTURE 95
C
P1-KCV.3LT
Tu-KCV.1LTA 1mm
1mm
Figure III.38: Microscopie sur surface polie non attaqu´ee. Coupe transversales des ´eprouvettes Charpy V (aciers P1 et Tu).
96 CHAPITRE III. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DES ACIERS P1 ET TU
C
a:P1-CT3LTb:P1-CT6TL c:Tu-CT10LTd:Tu-CT10TL
500µm
Figure III.39: Microscopie ´electronique sur surface polie. Coupe longitudinale des ´eprouvettes CT issues des essais interrompus (aciers P1 et Tu).
III.3. ´ETUDE DES M ´ECANISMES DE RUPTURE 97
a b
c
d e
Figure III.40 : Germination et croissance des cavit´es. a : `a partir de sulfure de calcium (CaS), b: `a partir de nitrure de titanium (TiN), c: `a partir d’une inclusion mixte CaS-oxydes (Al2O3, MgO), d et e : `a partir de la deuxi`eme population de particule (MA, carbure) (acier P1). a et c sont observ´ees sur le faci`es de rupture. b, d et e sont observ´ees sur des coupes des ´eprouvettes CT(05T) (Fig. III.38a et b).
98 CHAPITRE III. ´ETUDE EXP ´ERIMENTALE DES ACIERS P1 ET TU
a b
20µm
Figure III.41 : Coalescence des cavit´es. a : coalescence par striction interne observ´ee sur le faci`es de rupture d’une ´eprouvette CT(05T), b : coalescence par localisation de la d´eformation observ´ee sur la coupe d’une ´eprouvette CT(05T) (Fig. III.39a) (acier P1).
a
b c
Figure III.42 : Germination et croissance des cavit´es. a : `a partir d’une inclusion bi-phas´ee Al2O3 - CaS, b : `a partir des oxydes (MgO, Al2O3), c : croissance isotrope des cavit´es (acier Tu). Observations sur les coupes des ´eprouvettes CT(05T) (Fig. III.39c et d).
III.3. ´ETUDE DES M ´ECANISMES DE RUPTURE 99
a b
c 20µm 40µm
Figure III.43 : Coalescence par striction interne entre des cavit´es (acier Tu). a : observation sur le faci`es de rupture, b et c sont observ´ees sur la coupe d’une ´eprouvette CT(05T) (III.39d).
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R´esum´e
L’´etude des m´ecanismes de rupture est bas´ee sur des observations fractographiques effectu´ees `a partir des faci`es de rupture des ´eprouvettes lisses, entaill´ees, fissur´ees et des coupes polies. Les principaux r´esultats sont les suivants :
• L’anisotropie observ´ee sur le faci`es de rupture des ´eprouvettes de traction cylindriques et AE est due `a l’anisotropie plastique du mat´eriau.
• Acier P1 : les cavit´es germinent `a partir de deux populations de particules.
La premi`ere est constitu´ee par des inclusions de nitrure de titane, de sulfure de calcium et des oxydes. La germination se fait par d´ecoh´esion pour les CaS et par la rupture des particules pour les TiN. La deuxi`eme population de particules est form´ee par des zones MA et les carbures. La germination des petites cavit´es `a partir de cette deuxi`eme population de particules est essentiellement contrˆol´ee par la d´eformation plastique. La croissance des cavit´es est plutˆot isotrope. Deux modes de coalescence : striction interne et bande de localisation ont ´et´e observ´es. L’endommagement est localis´e.
• Acier Tu : la germination se fait `a partir de la premi`ere population de particules constitu´ee par les inclusions bi-phas´ees CaS-Al2O3et des oxydes. Les cavit´es croissent de fa¸con isotrope. Ensuite, la coalescence se fait par striction interne. On observe beaucoup d’endommagement diffus sur les coupes polies.