Résumé.Thèse.2019_PU.Xiaoxue

Thèse de Xiaoxue PU
Thermomechanical study of the gigacycle fatigue behavior of pure iron and carbon-manganese steels
Influence of chemical composition and microstructure on damage and crack initiation mechanism
soutenue le 30 janvier 2019

Résumé. Ce travail tente de mieux comprendre les dommages par fatigue dans les aciers à deux phases ferrite-perlite dans le domaine de la fatigue à très grand nombre de cycles (VHCF). Les influences de deux paramètres, à savoir le pourcentage de phase perlite et le contenu d'atomes interstitiels libres dans une solution solide, sont étudiées pour comprendre profondément les mécanismes de dissipation en 20 kHz en fatigue à haute fréquence. Une thermographie infrarouge in situ est réalisée pour enregistrer les changements de température, tandis que des études de fractographie et des observations au microscope sont menées pour étudier le mécanisme de dissipation à la surface des échantillons.
Classiquement, lors d’un essai de fatigue, la température de surface de l’échantillon au début augmente rapidement puis se stabilise. Lorsque la fracture se produit, après le début de la fissure, la température augmente très rapidement. Pour les matériaux cubiques centrés (BCC), sous fortes amplitudes de contrainte, une augmentation soudaine de la température se produit sans initiation de fissure ni fracture.
L’augmentation inévitable de la température jusqu’à des centaines de degrés aux fortes amplitudes de contrainte est principalement due à la mobilité des dislocations vis, qui est l’une des clés permettant d’expliquer le comportement en fatigue et la réponse thermique observée de la structure du BCC sous un chargement haute fréquence. Par conséquent, les PSB en surface et les micro-vides dans la matrice émergent en masse, accompagnant cette élévation abrupte de la température. Ces phénomènes sont considérés comme une transition du mécanisme de déformation du régime thermique au régime athermique. À faible amplitude, peu de PSB ou de rugosité de surface sont encore observés à la surface de l'échantillon. En rassemblant les données expérimentales sur les cycles d’apparition de PSB sur le fer armco, il a été constaté que les PSB étaient susceptibles d’apparaître avant 1×107 cycles et que le seuil de PSB était inférieur à la limite de fatigue conventionnelle. L'augmentation de la teneur en phase perlitique affaiblit l'élévation de la température et renforce les propriétés de fatigue. La présence d'atomes interstitiels libres dans les aciers entraîne l'apparition d'une augmentation secondaire de la température dans le domaine de la température stabilisée à 100 °C ~ 200 °C. Ce comportement semble être lié à l'interaction des dislocations coins avec des atomes interstitiels libres. De plus, on pense que le phénomène remarquable de durcissement-adoucissement-durcissement après l'élévation soudaine de la température jusqu'à plus de 300 °C est l'interaction de dislocations à vis multipliées et d'atomes interstitiels libres.

Mis à jour le 23 septembre 2019