– DISFAT

Le projet étudie les mécanismes précurseurs de l?initiation de fissures dans le cas de métaux ductiles monophasés sollicités à des amplitudes de contrainte inférieures à la limite de fatigue conventionnelle. Dans ces conditions de sollicitations, la durée de vie peut être supérieure à 10^9 cycles et atteint le domaine de la fatigue à très grand nombre de cycles (Very High Cycle Fatigue). Le projet proposé, bien qu?ayant un caractère fondamental fort, se justifie également par un besoin industriel de mieux caractériser et comprendre les mécanismes associés au domaine de la VHCF. En effet, la conception vis-à-vis de la fatigue de pièces mécaniques (axes, pistons) des industries mécaniques fait généralement appel à des données de résistance en fatigue obtenues pour des nombres de cycles inférieures à 10^7 (régime de la fatigue à grand nombre de cycles ; High Cycle Fatigue, HCF) alors que ces pièces, lors de leur utilisation, sont sollicitées à des nombres de cycles supérieurs à 10^9 finissant alors par se rompre. Un enjeu majeur de ce projet concerne la détection des mécanismes étudiés. En effet, étant donné les faibles niveaux de contraintes mis en jeu, les ?signes? (mécaniques, microstructuraux, ?) de ces mécanismes sont très faibles. La stratégie mise en place est alors la suivante: Tout d?abord, l?étude se fera sur des matériaux à microstructure et mécanismes de déformation ?simples? et avec un état mécanique et microstructural initial contrôlé. Une attention particulière sera portée sur l?état de surface des éprouvettes. Les études existantes sur la HCF ont permis de dégager les matériaux d?étude. Des matériaux métalliques monophasés de structures cubique à faces centrées (fcc) et cubique centrée (bcc) ont été sélectionnés pour leurs propriétés intrinsèques concernant la nature (planaire ou non) du glissement et l?intensité (faible ou forte) de la force de frottement de réseau. Ensuite, les essais de fatigue atteignant le domaine VHCF seront réalisés à l?aide de machines de fatigue ultrasonique. La fréquence de travail est alors de 20 kHz. L?utilisation d?une fréquence bien supérieure à celles utilisées conventionnellement (30 Hz) permet (1) d?atteindre le domaine VHCF dans un délai raisonnable et (2) d?augmenter l?énergie dissipée par seconde et ainsi de générer des variations de température pouvant être détectées avec les techniques actuelles. Elle pose néanmoins la question de l?influence de la fréquence sur la réponse en fatigue. Ainsi, la détection et la caractérisation des changements microstructuraux responsables de l?initiation de fissures s?effectueront de trois manières complémentaires. Premièrement, l?augmentation de température au cours des cycles sera mesurée à la surface des éprouvettes. Ces mesures permettront d?estimer les champs de dissipation à l?aide de techniques d?imagerie quantitative. Deuxièmement, la rugosité de la surface et son évolution seront caractérisées par Microscopie à Force Atomique (AFM). Troisièmement, les microstructures de dislocation sous la surface dans les zones de forte rugosité seront analysées, localement par Microscopie Electronique à Transmission (TEM), et à une échelle supérieure par Microscopie Electronique à Balayage grâce au contraste cristallin en électrons rétrodiffusés (Electron Channeling Contrast (ECC/SEM)).