LA FLEXION ALTERNÉE DE L’ALUMINIUM

Nous avons,donné au chapitre III les caractéristiques de l'essai adopté. Comme pour l'étude en torsion alternée, la forme plane des éprouvettes facilite grandement les observations métallographiques.

Les micrographies sont disposées de telle façon que la direction verticale est celle de l’axe de l’éprouvette (direction de la contrainte principale de traction-compression). Les contraintes de cisaillement qui se sont révélées si actives dans les essais de torsion sont donc inclinées à 45° sur cette verticale.

1° Comportement de l’aluminium écroui.

Le métal était le même que celui qui a servi pour les essais en torsion alternée : aluminium pur laminé (écrouissage 600 %). Les éprouvettes ont été prélevées dans le sens du laminage.

Les essais ont été effectués en général sous des taux de contrainte élevés et les perturbations se sont développées rapidement.

Voici par exemple les caractéristiques de l’éprouvette qui a permis l’obtention des quatre premières micrographies :

= 70mme e — 1\mm, O — 5 grades, ce qui donne, par application de la formule (10) : — 7,6 kg/mm° en prenant E = 6750 kg/mm°.

Les figures 85 et 86 prises au même grossissement après 60 000 alternances montrent l’état de deux zones situées, respectivement, au voisinage de l’encastrement oscillant ‘et au voisinage du support fixe. La zone située du côté oscillant est malgré tout plus perturbée car l’éprouvette adoptée n’a pas exactement la forme du solide d’égale résistance.

Les perturbations sont alignées dans la direction transversale. A un grossissement plus élevé (fig. 87) ces amorces de fissures ont le même aspect que celles que nous avions observées en torsion alternée (fig. 38). Il s’agit de plissements de la surface qui se trans-

forment par la suite en déchirures.

XX 52 8 Fig. 86

an fr 5 EN

Cette éprouvette s’est rompue transversalement à 8 mm de l’encastrement oscillant après 110 000 alternances. II n’y a eu qu’une seule direction de fissuration : la direction transversale. On peut expliquer ceci par le fait que les efforts de compression produisent à la surface de microscopiques plissements perpendiculaires à la direction des efforts; les tractions entraînent, par la suite, de microscopiques déchirures qui, par leur jonction, donneront des fissures. Les contraintes de cisaillement maximum ne semblent donc pas intervenir.

Une observation fortuite nous a permis d'établir le rôle du durcissement par écrouissage. Sur la figure 88 les perturbations produites par la fatigue sont bloquées à 2/10 de mm de part et d’autre d’une rayure qui avait été faite à la surface de l’éprouvette à l’aide d’une pointe à tracer. L’écrouissage est donc important dans toute la zone non perturbée, puisque le métal a mieux résisté à la fatigue.

X 120 x 50 Fig..89 Fig. 90

Mais alors que dans l'essai en torsion alternée le mécanisme de la fatigue est toujours le même, la progression de la fatigue ne se fait plus d’une façon unique dans l'essai en flexion alternée et nous allons indiquer par exemple un autre type de fissuration qui nous a laissé assez perplexe.

Les micrographies des figures 89 et 90 montrent l'aspect de cette fissuration : les fissures sont obliques et font un angle de 55° avec l’axe de l’éprouvette. Le phénomène est donc curieux puisque cette direction ne correspond pas à une des directions de cisaillement maximum. D'autre part, il ne se produit pas de fissures dans la direction symétrique par rapport à l’axe. Cette fissuration ne résulte pas non plus d’une structure fibreuse produite par le laminage puisque la direction du laminage est celle de l'axe de l’'éprouvette. Nous avons observé à plusieurs reprises un mode de fissuration analogue avec des inclinaisons variables de la direction des fissures sur l’axe (de 50 à 600).

Nous avons enfin, à titre de comparaison, essayé une éprouvette sous un taux de contrainte très élevé. Des flexions importantes, véritables pliages de l'éprouvette,

entraînent après quelques milliers d’alternances la formation de fissures transversales | assez espacées mais très marquées (fig. 91).

Par ces quelques exemples, il apparaît que les dislocations d’une éprouvette d'aluminium écroué soumise à des flexions alternées ne résultent pas d’un mécanisme

aussi constant que dans le cas de la torsion alternée. a

20 Comportement de l’aluminium recuit.

Par suite de la très faible rigidité du métal recuit plusieurs heures à 6000, la flexion ne se produit pas toujours conformément au schéma de l'essai. L’éprouvette est naturellement moins bien guidée que dans l’essai de torsion alternée et la ligne élastique devient quelquefois sinusoïdale. On évite cet inconvénient en adoptant des éprouvettes courtes et une amplitude très faible de la rotation de l’encastrement.

nn nan eme ae à Eee x fr

x 120 9 000 alt. 38

Voici par exemple les caractéristiques d’une éprouvette utilisée : L = 34 mm = lonmm 6 ES se radian s 1 000

ce qui, en prenant E — 6 750 kg/mm®, donne pour valeur de la contrainte maximum o — 2,58 kg/mm°.

Un premier examen après 9 000 alternances nous permet de distinguer quelques bandes de glissement (/ig. 92). Nous observons que ces glissements prédominent dans les directions qui font sensiblement un angle de 459 avec l’axe de l’éprouvette. Les glis-

sements se produisent done principalement suivant les plans de cisaillement maximum.

Quelques glissements se produisent cependant dans la direction perpendiculaire à l’axe, ou dans la direction de cet axe.

24 000 alt. X 38 Fig. 93

24 000 alt > 38 54 000 alt. > 38

Après 24000 alternances les glissements se sont intensifiés et, comme dans le cas de l’essai en torsion alternée, le dessin granulaire se révèle nettement. Les «slipbands » envahissent en général tout le grain et sont bloquées aux frontières. Les figures 93 et 94 montrent l’aspect des glissements à ce stade de l'essai.

Sur la figure 95 prise après 54 000 alternances on distingue sur un grain un double système de bandes de glissement, mais dans ce cas les glissements restent bloqués à une petite distance du joint de grain, ce phénomène est assez rare. Les frontières sont d’ailleurs très bien marquées à ce stade de l'essai.

Sous ce taux de contrainte relativement faible, la progression de la fatigue n’est pas très rapide et l’essai pourrait être poursuivi très longtemps sans que la rupture se produise.

Les micrographies ci-contre (fig. 96 à 99) montrent quelques aspects des glissements après 584000 alternances. Ces micrographies sont très contrastées, les grains présentant tous les aspects depuis le poli parfait (fig. 96) jusqu’à un état de surface très perturbé par suite d’un développement très important des glissements.

Sur la figure 98 nous distinguons à nouveau des bandes de glissement qui restent bloquées, semble-t-il, à l’intérieur d’un grain. En fait, il s’agit d’un grain très allongé qui n’a pas été absorbé par son voisin au cours du recuit.

Sur la figure 99 nous notons une curieuse répartition des glissements. Dans ce cas, nous n'avons pas formation de chevrons car seule, une direction de glissement se révèle, mais il y a manifestement une périodicité dans la texture cristalline de ce grain.

Pour étudier plus à fond le mécanisme de la fissuration, 1l faut. utiliser des taux de contrainte plus élevés. Nous avons d’ailleurs montré pour les essais en torsion alternée que les perturbations sont de même nature pour des taux de 3 et 6 kg/mm? par exemple, mais que dans le second cas la progression est naturellement beaucoup plus grande.

Voici par exemple les caractéristiques d’une autre éprouvette :

L — 30 re 98 er 26 a = UNI OV 100 mm, OL = 1 000 radian,

ce qui donne 6 — 5,9 kg/mm®.

La rupture s’est alors produite après 350 000 alternances.

Au cours de cet essai, tout en recherchant le mode de fissuration lors de la rupture, nous avons étudié la structure fine des glissements dans la mesure permise par l'emploi d'un microscope métallographique ordinaire. C'est-à-dire à des grossissements de l’ordre de 1 300 au maximum, sans agrandissement photographique.

Les aspects des glissements à ces grossissements élevés sont très variés et nous n’étudierons ici que deux exemples :

— le croisement de bandes de glissement et

— l'apparition de quadrillages.

Sur les figures 100, 101 et 102 nous voyons comment peut se présenter le recoupement de deux systèmes de glissements.

ile

534 000 alt. X 38 534 000 alt. X< 38

534 000 alt. X< 38 534 000 alt, X< 38

Les deux premières figures montrent l'aspect de grain où les deux systèmes se perturbent mutuellement, avec apparition de sillons importants.

Sur la dernière, au contraire (où les glissements sont d’ailleurs moins développés), les bandes se croisent sans dénivellations à leur rencontre. PA

. . s . + à Lorsque des glissements se produisent dans deux directions il peuvent donc, soit se perturber mutuellement, soit se développer tout à fait indépendamment les uns des autres.

Les bandes de glissements ont d’ailleurs, dans les deux cas, des aspects différents. Sur les figures 100 et 101 les bandes sont continues et chacune a une largeur à peu près constante qui dépend du nombre des plans de glissement juxtaposés.

Sur la figure 102 l'intérieur d’une bande se décompose en un très grand nombre de petits tronçons de forme irrégulière (comme sur la fig. 84) et les bords de celle-ci sont également ondulés. On distingue également la forme effilée des bandes de glissement à leur extrémité. Les glissements se propagent suivant quelques plans réticulaires au voisinage desquels se développent les glissements ultérieurs.

Les figures 103 à 106 montrent de nouveau la formation de quadrillages dont le

premier exemple avait été signalé dans le chapitre VI (p. 6H.

Aux faibles grossissements, le grain peut paraître avoir gardé son poli initial, ou bien il peut devenir gris ou noir sur le cliché, le pouvoir réflecteur étant très diminué par suite du grand nombre des glissements. Un même grain peut aussi prendre un aspect très contrasté suivant les régions (/1q. 103).

Ces quadrillages, qui se produisent assez fréquemment, ne sont décelables qu'aux forts grossissements. Il semble qu'une des conditions nécessaires au développement de ce phénomène est que les directions de glissement fassent sensiblement le même angle avec les directions des contraintes de cisaillement maximum.

Le quadrillage est en général rectangulaire. Sur la micrographie de la figure 106 cependant, l'angle des deux directions est de 789. Comme nous l'avons déjà indiqué l’équidistance des lignes est sensiblement constante et comprise entre 2,1 et 2,4 microns.

Lorsque l'essai de fatigue est poursuivi dans le domaine des déformations plastiques, le quadrillage se déforme et l’on décèle parfois des bandes sombres (pliages) qui se superposent au dessin initial (fig. 104).

Ces observations faites au cours de l'essai de fatigue en flexion alternée, confirment que dans ces grains les glissements ne se produisent que suivant des paquets de plans réticulaires régulièrement espacés où la résistance au cisaillement est minimum. Il y a donc, dans ce cas, un arrangement particulier de l'édifice cristallin.

Nous devons encore faire une remarque sur la micrographie de la figure 105. Sur cette figure on distingue une limite intergranulaire assez mal marquée. À un grossissement faible, cette limite est plus nette, On la distingue ici par le fait que dans l’un des grains Île quadrillage est régulier (la /ig. 106 en est un agrandissement), tandis que dans l’autre, au quadrillage qui n'a pas exactement la même orientation, se superposent des bandes de glissements plus épaisses et plus éloignées les unes des autres. Ces bandes

ont d’ailleurs tendance à se prolonger un peu au delà de la frontière, Nous avons ici

ste en de At Dé ne deep ete à

< 990 Fig, 100