Etude des mécanismes microscopiques d'endommagement d'un acier fritte sous sollicitations monotone et cyclique

par Sarah Carabajar

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Catherine Verdu.

Soutenue en 1998

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l'étude des relations entre la microstructure et les mécanismes d'endommagement d'un acier fritté sous sollicitations monotone et cyclique. Pour cela, nans avons caractérisé la microstructure initiale aussi bien du point de vue des phases que de la porosité. Après la détermination des propriétés mécaniques macroscopiques, nous avons identifié la chronologie de l'endommagement sous sollicitation monotone, par des essais de traction in situ dans un microscope électronique à balayage. Les pores sont apparus clairement comme des sites d'amorçage. Cependant leur nocivité varie selon leur environnement microstructural. Les interfaces semblent être des points faibles pour la résistance du matériau du fait de la présence de particules grossières de cémentite. Enfin, le rôle bénéfique de l'austénite riche en nickel a été observé. En fatigue, nous avons suivi l'endommagement par des observations de la surface des éprouvettes en microscopie optique et électronique à balayage. L'amorçage se produit tôt, après environ 6% de la durée de vie de l'éprouvette sur des inclusions non métalliques proches de la surface. Ensuite deux stades de propagation lente ont été distingués. Dans un premier temps, la fissure se propage en mode I. Ensuite, elle se met à bifurquer pour suivre préférentiellement les cous de frittage austénitiques. Ces stades présentent des lis de vitesse de propagation différents. Ce changement de mode de propagation a été relié à l'existence d'un endommagement des cous de frittage en avant du front de la fissure principale. Comme sous sollicitation monotone, nous avons mis en évidence l'intérêt de la nature austénitique des cous de frittage. Finalement l'hypothèse d'un endommagement des cous de frittage austénitique a été validé par un modèle simple basé sur la mécanique linéaire de la rupture et prenant en compte les caractéristiques microstructurales. Les différences entre le comportement sous sollicitation monotone et cyclique ont été également analysées.

  • Titre traduit

    = Study of the microscopic damage mechanisms of a sintered steel submitted to monotonic and cyclic stresses


  • Résumé

    This work investigates the relationships between the microstructure and the microscopic damage mechanisms of sintered steel submitted to monotonic and cyclic stresses. The initial microstructure was characterized bath from phases and porosity point of views. The mechanical properties were determined. Then the chronology of the damage mechanisms under monotonic stresses was identified by in situ tensile tests in a scanning electron microscope. The pores act as crack initiation sites. Nevertheless, their noxiousness is influenced by their micro structural environment. The interfaces appear to be critical parameters because they present coarse particles of cementide. The austenitic phase seems to be interesting for the material strength. During the fatigue tests, the details of crack initiation and crack propagation were surveyed by light and scanning electron microscopy followed by fractographic analysis. The initiation occurs on non metallic inclusions near the sample surface. Then, two slow crack propagation modes were identified and their crack growth rate determined. First, the crack propagates in the I mode. Then, it forks off to follow the sintered bridges preferentially. The change of the crack propagation path was linked to the formation of secondary microcracks in the sintered bridges in front of the main crack during cycling. The interest of the austenitic nature of the sintered necks for the material life was shown. Finally, the slow propagation stage was described by a simple model based on the linear fracture mechanic taking into account the microstructural features. The differences between the monotonic and the cyclic mechanical behavior of the material were analyzed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (246 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2146)
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