II. — ÉTUDE MÉTALLOGRAPHIQUE

Technique de préparation des éprouvettes.

Les éprouvettes subissent un léger polissage mécanique, puis un polissage électrolytique dans un bain contenant 50 cm? d’acide perchlorique par litre d’acide acétique : P. À. JACQUET a publié récemment [15] une étude très complète sur le polissage du fer et des aciers et nous avons suivi de très près ses indications.

De toute façon la technique du polissage du fer est beaucoup plus délicate que celle de l'aluminium. L’échauffement du bain est notable et il faut refroidir énergiquement si l’on ne veut pas voir apparaître les limites intergranulaires. Le lavage et le séchage doivent être effectués très rapidement pour éviter l’oxydation. L’éprouvette s’oxyde malgré tout lentement et cela arrive à gêner les observations microscopiques qui peuvent se poursuivre pendant plusieurs jours pour un essai donné.

Pour l'étude du fer recuit nous avons installé un four à vide car le chauffage à l’air des éprouvettes produit une couche d’oxyde très épaisse. Le recuit a été effectué à 1 0500 pendant 1 h 30. Le traitement a amené un grossissement des grains et a diminué la dureté Vickers de 121 à 87.

Comportement du métal écroui.

L'application de notre méthode d’investigation n’a été effectuée que dans le cas des contraintes élevées. Ayant montré pour l’aluminium que les modifications superficielles produites par un tel essai « accéléré » sous forte contrainte sont de même nature que celles produites par un essai de longue durée sous faible contrainte, nous avons estimé qu’un essai rapide nous apporterait les renseignements désirés sur le mécanisme de la fatigue dans le fer.

L'éprouvette étudiée a été prélevée dans le sens du laminage et essayée sous une contrainte de cisaillement maximum de 22,25 kg/mmÿ. La figure 113 montre cette éprouvette après la rupture qui est survenue après 537 800 alternances : la surface est particulièrement fissurée, surtout dans la zone centrale et du côté de la tête oscillante. Les micrographies ont été prises au grossissement 95. La figure 114 montre l'aspect de la surface après 20 000 alternances. Un quadrillage plus ou moins régulier se dessine, comme dans le cas de aluminium, dans la direction de l’axe de torsion et dans la direction perpendiculaire.

La micrographie suivante (fig. 115) a été prise après 90 000 alternances. Le phénomène devient de plus en plus prononcé, sauf au voisinage des bords de l'éprouvette où une bande de petite largeur est visiblement moins perturbée.

Fig

all.

0 000 alt.

Fig.

180 000 alt,

x No

180 000 ait,

Fig. 11

ige

Fi

Apres 180 000 alternances la fissuration a beaucoup progressé et les fissures longitudinales sont particulièrement prononcées (fig. 116). Cette figure est intéressante en ce sens que l’on peut discerner le dessin cristallin qui apparaît par suite d’un polissage défectueux. Cela nous fixe sur la grosseur des grains, qui est relativement importante (le fer étudié n’est pas très écroui, il serait plutôt à l’état « demi-dur »), et cela nous permet également d’assurer que la fissuration du fer est transcristalline, Cela est en accord avec les observations dont les résultats sont donnés dans l'ouvrage « La fatique des métaux ».

A ce stade de l'essai nous avons pris une autre micrographie sous grossissement plus faible (fig. 117). Nous voyons plus nettement peut-être la prédominance des bandes orientées longitudinalement. Ceci est dû une fois encore à la structure fibreuse du métal étudié, et permet d'expliquer pourquoi la cassure en escalier dans le cas de cette orientation 0° présente des parties transversales plus courtes que les parties longitudinales. Comme nous l’avons déjà indiqué, ce mode de fissuration entraîne parfois la formation d’une cassure double en forme de pointe dans le cas des éprouvettes prélevées dans le sens du laminage.

Nous avons poursuivi ces observations avec des éprouvettes prélevées dans toutes les orientations. La fissuration en quadrillage a lieu dans tous les cas. Il y a donc analogie complète avec l'aluminium au point de vue de cette disposition particulière des fissures.

Comportement du métal recuit.

L’éprouvette qui a servi aux observations qui sont rapportées ici a été essayée sous une contrainte de cisaillement maximum égale à 19,4 kg/mm?. La rupture est survenue après 446 500 alternances.

La progression de la fatigue est assez difficile à suivre car elle se produit assez irrégulièrement à la surface de l’échantillon. La micrographie de la figure 118 montre que dans certaines zones il y a une telle accumulation des perturbations que ces zones apparaissent sous la forme de taches noires sur la photographie. Cette micrographie, prise au même grossissement 95 que les précédentes, montre que le recuit a entraîné un grossissement des grains déjà notable. Les lignes de glissement prédominent encore dans le sens longitudinal et dans le sens transversal.

Les micrographies suivantes (fig. 119, 120 et 121) montrent les «slip-bands » avec plus de détail. Ces lignes sont beaucoup moins nettes que celles observées à la surface de l'aluminium. Elles ont en général un tracé irrégulier et ne sont pas réparties sur toute la surface des grains. Cela s’explique par le fait que dans l'aluminium recuit les glissements se propagent très facilement (ce qui est la cause de la mollesse du métal) et qu'ils envahissent l’ensemble du grain sous l'effet des actions mécaniques répétées.

Ici, au contraire, les bandes de glissement sont en général très marquées au voisinage des joints de grains où elles deviennent larges. Mais le déchaussement des grains n’est pas si caractéristique que dans le cas de l'aluminium; les dénivellations les plus importantes entre deux grains contigus ne dépassent pas 1/100 de mm.

45 000 alt. D00 15 000 alt. < 180 Fig. 118 Fig. 119

120 000 alt, < 180 120 000 alt. XX 450

Il est extrêmement délicat de suivre jusqu’à la rupture les modifications superficielles lorsque les contraintes sont aussi élevées. Les zones voisines de la cassure sont dans un état de délabrement tel qu'il est difficile de prendre une micrographie et de déterminer si la rupture est intergranulaire ou transgranulaire.

Comme dans le cas de l’aluminium nous observons pour le fer une évolution dans le mécanisme de la fatigue suivant la dureté du métal. Les différences de comportement

sont naturellement plus nettes lorsque nous comparons du métal très écroui et un métal très recuit.

En conclusion de ce chapitre, nous pouvons affirmer qu’il y a certaines analogies dans la progression de la fatigue dans le fer et dans l'aluminium, métaux purs.

Nous allons maintenant étudier le cas d’un alliage.