Séminaire Théorie

Mardi 13 Mai 2014 à 14h00.

Modélisation micromécanique de l’initiation des microfissures. Application à la fatigue et à la corrosion sous contrainte

''De nombreuses configurations d’initiation de microfissures se caractérisent par : Une forte localisation de la déformation plastique à l’échelle du grain ou du monocristal. Des déformations plastiques plus de cent fois supérieures à celles de la matrice quasi-élastique environnante se concentrent dans de fines bandes dont l’épaisseur varie de quelques dizaines de nm à quelques m suivant le matériau, la température et le mode de sollicitation. Les mâcles de déformation constituent une autre forme de localisation de la déformation ; L’importance d’une évaluation la plus exacte possible des énergies à rupture en jeu à ces petites échelles. Les énergies de surface fraîchement créées doivent ainsi être quantifiées, notamment en fonction de l’environnement qui peut induire des phénomènes d’hydratation, hydroxydation, oxydation avec H2O et O2 présents dans l’air ou l’eau. En cas de rupture intergranulaire , les énergies de joints de grains doivent aussi être quantifiés. Il sera supposé dans la suite que la rupture est fragile au sens où l’énergie de rupture se définit par la somme des énergies de surface créées à laquelle est retranchée l’énergie de joint de grain si nécessaire. Depuis les années cinquante, la localisation de la déformation était simulée par des empilements de dislocations. Les singularités de contraintes induites sont similaires à celle de fissures dans un massif élastique homogène. Le critère de Griffith s’appliquait aboutissant à l’évaluation de la contrainte macroscopique menant à initiation des fissures. Il s’agit d’une équation de conservation de l’énergie écrite pour un incrément infinitésimal d’avancée de fissure, da0. Malheureusement, la confrontation avec les données expérimentales de la littérature mette en évidence une large sous-estimation des contraintes macroscopiques critiques. L’hypothèse habituellement adoptée d’une longueur d’empilement de l’ordre d’une taille de grain est d’ailleurs criticable d’après de nombreuses observations en MET. Grâces à de nombreux calculs par éléments finis cristallins, les singularités de contraintes induites par des bandes de glissement d’épaisseur finie, choisie dans une large gamme de variation, ont été caractérisées en fonction des paramètres microstructuraux et des lois d’élasticité et de plasticité utilisées. Les champs de contraintes s’avèrent notablement plus faibles que ceux induits par les empilements de dislocations. L’initiation des fissures est ensuite prédite grâce à un double critère (contrainte et énergie critique) ou à un modèle de zone cohésive, tous deux inspirés par les courbes contrainte-déplacement issus des calculs atomistiques. Les énergies à rupture sont évaluées d’après les résultats de calcul ab-initio de la littérature ou plus récemment par B. Diawara et F. Lebreau (Chimie Paris) pour la chromine. Deux cas d’initiation sont traités en particulier : fissures de fatigue le long des bandes de glissement persistantes ; fissures intergranulaires à la surface d’aciers austénitiques pré-irradiés soumis à des chargements sous environnement inerte ou eau. Les résultats sont largement comparés aux données expérimentales de la littérature.''