CONTRIBUTIONS EXPÉRIMENTALES À LA DÉTERMINATION DES PROFILS DES SURFACES DE RUPTURE PAR SOLLICITATIONS DYNAMIQUES

Le chapitre 5 étudie l’influence du traitement thermique pour des éprouvettes Charpy entaillées en U, et qui ont été confectionnées en acier XC 65. Pour ces éprouvettes, il a été appliqué des traitements thermiques différents qui conduisent, soit à un comportement ductile, soit à un comportement fragile après rupture sous sollicitation dynamique. Les résultats obtenus pour cet acier sont comparés au caractère fractal de la surface de rupture d’une éprouvette Charpy en acier inoxydable 316 L et d’un échantillon de verre de silice (SiO2), soumis à une sollicitation par impact.  L’observation des faciès de rupture a été effectuée par l’analyse fractographique des surfaces de rupture des éprouvettes Charpy, sous différents grossissements d’un microscope électronique à balayage, et sur des sections perpendiculaires à la surface de rupture, en microscopie optique et en microscopie électronique à balayage. L’analyse fractale est effectuée sur la base de profils mesurés par les différentes techniques destructives et non destructives. Nous avons comparé les résultats de l’analyse fractale en fonction des méthodes d’obtention du profil de rupture et de détermination de la dimension fractale. La méthode des îles (Slit Island) [Mandelbrodt B. et al., 1984] s’applique seulement dans le cas des contours de rupture auto-similaires. La méthode de Section Verticale et les techniques non destructives (profilométrie mécanique et interférométrie) s’appliquent, quant à elles, dans le cas des profils de rupture auto-affine. Les faciès de rupture des éprouvettes Charpy ont été analysés au microscope, immédiatement après le processus de rupture, pour ne pas faire intervenir le phénomène de corrosion de la microstructure du matériau. Nous avons présenté les dispositifs avec lesquels, nous avons mesuré la rugosité du profil de rupture en fonction du caractère de la rupture. Nous avons implanté deux méthodes d’estimation de la dimension fractale : la méthode du Box Counting et celle de la Transformée de Fourier. La première a été implantée par l’intermède du programme Image J. Celle de la Transformée de Fourier a été, par contre, implantée par l’intermédiaire du programme Origin.

Le XC 65 est un acier au carbone pour traitements thermiques, d’après la norme française NF A 35-590. La désignation européenne correspondante est C60E selon la norme NF EN 10132-3. Les autres normes correspondant à ce type d’acier , sont les suivantes : DIN CK60 (Allemagne) et AISI 1065 (U.S.A.). Il est utilisé pour la réalisation de pièces d’usure, de moules pour matière plastique, de ressorts, de butées, d’engrenages, et de cames. conformément à la norme européenne EN 10250-4. Les standards correspondant à ce type d’acier inox, sont les suivants : AISI 316L (U.S.A.), Z2CND17-12 (France) et DIN X2CrNiMo18-10 (Allemagne). C’est un acier inoxydable utilisé dans les industries chimiques, pharmaceutique, pétrolières, agro-alimentaires, ainsi qu’en milieu nautique, de manière intensive. approximativement 70% de la masse de celui-ci. Son point de fusion est de 1730 °C. Et plus le pourcentage en SiO2 est élevé, plus le coefficient de dilatation est faible. Ainsi, le verre est plus résistant.

Sur la figure (5.3.) nous pouvons remarquer le caractère ductile de la surface de rupture, avec des déformations plastiques importantes et des cupules. Avec un grossissement plus important, nous pouvons observer sur la figure (5.3.b) les cupules et les impuretés qui ont favorisé la rupture dans la zone de rupture ductile d’une éprouvette en acier inox 316L. L’origine de la rupture est sur la partie concave des lignes de Wallner et ces lignes s’utilisent pour la détermination de la direction de propagation et le positionnement de l’origine de la fissure. Ces lignes, dénommées selon le nom du chercheur qui a expliqué leur formation, sont situées sur la surface de rupture et sont causées par le dérangement du front de la surface de rupture par des ondes sonores. Le phénomène est semblable à celui qui consiste à jeter une pierre dans l’eau. et autour de cette zone, une région ductile est visible. Ces zones fragiles sont caractérisées par la présence de clivages et de rivières. Le fait que la rupture fragile soit au centre de l’éprouvette, est en accord avec la triaxialité des contraintes plus importantes vers la surface de la pièce; ce qui correspond à une rupture ductile.