Rupture intergranulaire semi-fragile en présence d'hydrogène : étude expérimentale et simulations multi-échelles – H-inter

Rupture intergranulaire semi-fragile de Al-5%Mg en présence d'hydrogène : étude expérimentale et simulations multi-échelles. - - - Contexte et principaux objectifs du projet : - - L'endommagement par l'hydrogène lors de la Corrosion Sous Contrainte (CSC) : un problème multi-échelle complexe. - Le phénomène que nous étudions dans ce projet est la perte de tenue mécanique des alliages métalliques de structure quand ces derniers sont déformés en présence d'un environnement corrosif. L'effort est concentré sur les effets de l'hydrogène externe produit par les réactions cathodiques. En effet, dans un milieu aqueux confiné (en fond de fissure courte), la réduction de l'oxygène est limitée par la diffusion de O2 dans le liquide. La réduction compétitive de H+, provenant de la dissociation de l'eau, devient alors dominante. Elle constitue une source active d'hydrogène adsorbé. Une fraction de Hads peut être absorbé et diffuse dans le cristal. Alors, de nombreux mécanismes microscopiques peuvent entrer en jeu : la diffusion en interstitiel dans le volume, le piégeage, le transport par les dislocations, la diffusion et le piégeage aux joints de grains, la formation de zones de concentration de contraintes au niveau des interfaces saturées en hydrogène... Le résultat est une interaction complexe entre : la microstructure, qui fournit des sites de piégeage et influence largement la plasticité (inhomogénéité de la déformation...), les cinétiques de production de l'hydrogène sur les surfaces de la fissure, les cinétiques de diffusion, l'écrantage de la pointe de la fissure par les dislocations... Au final, le comportement vis à vis de la rupture peut être grandement modifié, passant de la rupture ductile, après des allongements importants, à la propagation de fissures « fragiles ». La signification du terme « fragile » doit être précisée ici : elle dépend de l'échelle d'observation des faciès de rupture. Ces observations, traditionnellement effectuées par microscopie électronique à balayage, sont à l'échelle du micron. Les faciès transgranulaires et intergranulaires sont vus « plats ». Cependant, des études en microscopie électronique en transmission montrent que ces « facettes fragiles » sont produites par des déformations plastiques intenses et localisées dans des bandes. C'est en général le cas de la fissuration transgranulaire dans les cristaux cfc, mais aussi parfois celui de la rupture intergranulaire (la fissure se propageant le long du joint, plutôt qu'à l'interface elle même). La décohésion pure n'est maintenant plus envisagée que dans un nombre restreint de cas : dans des systèmes où peuvent se former des hydrures (Ti, Zr) ; le long d'interfaces où il y a ségrégation préalable d'éléments d'alliages ayant une affinité particulière avec H (S dans Ni) ou le long d'interfaces précipités (inter) / matrice complexes, incohérentes, où le densité de sites de piégeage peut être suffisamment importante. Ce dernier point est précisé dans la section concernant les lacunes surabondantes. - - Motivation du choix du système expérimental : - Dans le domaine de l'endommagement par effets d'environnement, la quantité de données expérimentales macroscopiques publiée dans la littérature est très importante et malheureusement, souvent difficile à interpréter. Les études sont souvent limitées (par la complexité des phénomènes) à une description phénoménologique grossière de la sensibilité d'un couple matériau/milieu particulier soumis à une sollicitation mécanique particulière. Une connaissance « profonde » d'un système expérimental, bien choisi, serait un atout pour le développement de modèles quantitatifs. Un effort expérimental lourd a déjà été consenti, avec succès, pour comprendre dans le détail l'endommagement des alliages AlZnMg (7XXX) [2]. Il en ressort que la microstructure (vieillissement structural) joue un rôle primordial puisqu'elle détermine à la fois l'homogénéité de la déformation plastique (qui peut être localisée dans des ba