INTRODUCTION

Il est de plus en plus nécessaire d'effectuer des recherches dans le domaine de la fatigue des métaux à une époque où l’on utilise des constructions légères et hardies à des vitesses toujours croissantes. La recherche de la sécurité exige en effet une étude sérieuse du comportement des matériaux soumis aux vibrations. ,Ces recherches sont malheureusement assez peu engageantes au premier abord. L’expérimentation est en effet fort longue et il faut fournir bien souvent un important travail pour ne glaner que quelques résultats. Ceci expliquè pourquoi le phénomène de la fatigue des métaux est encore à l’heure actuelle bien mal connu. Mais malgré les difficultés son étude exerce un attrait certain sur le chercheur.

Le travail que je présente dans cet ouvrage est une contribution à l’étude du mécanisme de la fatigue dans quelques métaux. J’ai suivi dans ces recherches la voie qui avait été si bien tracée par mon Maître, M. JACQUESSON, dans sa remarquable étude sur les torsions simples et alternées des fils d'aluminium.

Il importe avant tout de suivre pas à pas les modifications produites dans le métal par les efforts alternés, pour chercher à discerner comment se produit la fatigue. Je pense en effet qu'il est au moins aussi nécessaire de trouver comment et pourquoi se rompent les métaux dans des conditions données, que de déterminer des courbes d'endurance et des limites de fatigue en fermant les yeux pendant l'essai. Ce n’est que lorsque nous connaîtrons parfaitement le mécanisme de la rupture, que nous pourrons espérer en devenir maitres.

Les moyens d’investigations que peut utiliser le chercheur sont de plus en plus nombreux et j'ai eu pour ma part la chance de disposer de moyens variés dans un laboratoire bien équipé. Maïs de toutes les méthodes de travail, celle qui m'a le plus tenté est l'étude métallographique et ce sont les résultats de ces observations qui constituent l’essentiel de cette thèse. La métallographie a fait de très grands progrès avec le polissage électrolytique qui permet d'obtenir si rapidement des échantillons parfaits et qui rend les observations beaucoup plus précises. Je n’ai malheureusement pas pu disposer des outils de recherches encore plus puissants que constituent le microscope électronique et le microscope à contraste de phase. J'espère qu’un avenir prochain me permettra de poursuivre encore plus loin ce travail à des grossissements beaucoup plus élevés.

La première parlie de ce mémoire est consacrée à la description de la machine de fatigue et des éprouvettes que j'ai utilisées.

Notre premier travail a consisté à mettre au point une petite machine de fatigue en torsion et flexion alternée, machine que M. JACQUESSON avait conçue

pour l'obtention des grandes vitesses d'essai. Après quelques déboires j'ai eu la satisfaction d'atteindre les buts fixés et de disposer d’un outil de travail très

pratique (chap. premier).

Pour mener à bien l'étude métallographique le choix de la forme de l'éprouvette est capital. Des bandes prélevées dans des tôles offrent des’ grandes plages pour les examens microscopiques et ces éprouvettes n’ont donné toute satisfaction par la facilité de leur polissage et de leur mise au point. Des observations aussi intéressantes n'avaient jamais pu être faites sur les fils et les. cylindres qui ont, jusqu'à présent, servi d'éprouvettes pour les essais de fatigue.

Le choix d’une éprouvette aussi simple a facilité notre tâche tout en nous permettant de faire des essais précis et des observations ayant une signification physique. Parfois, en effet, des expérimentateurs ont choisi des éprouvettes à forme compliquée dans lesquelles la grandeur et la répartition des contraintes sont mal connues.

Dans le chapitre IT je rappelle les modes de détermination des contraintes et la valeur de celles-ci dans le cas de la torsion alternée d’une telle lame à section droite rectangulaire.

Dans le chapitre IT je calcule les déformations et les contraintes produites par la flexion d’une lame. Ce calcul me permet de trouver la forme la plus favorable à donner aux éprouvettes.

Dans ces deux modes d'essai les contraintes appliquées au métal sont maxima à la surface des éprouvettes. La fissuration étant fonction de la valeur de ces contraintes c’est dans deux minces couches superficielles que se produiront les premières modifications de la matière. L'examen des surfaces de l’échantillon au microscope métallographique est donc tout indiqué pour rechercher les causes de la rupture du métal.

Une telle étude ne pourrait pas être entreprise avec des éprouvettes .Soumises par exemple à des tractions répétées. Les amorces de fissures se produiraient alors en n'importe quel point de la masse métallique et l’on ne pourrait pas en général les détecter et observer leur progression.

La seconde parlie est particulièrement développée. L'étude expérimentale de la fatigue a été très complète dans le cas de l’aluminium et elle a mis en évidence un certain nombre de phénomènes nouveaux.

J'expose tout d’abord quelques résullats d'ordre technique qui apportent une contribution à l’expérimentation pratique de la fatigue. Une grande anisotropie s'établit dans les tôles au cours du laminage et la résistance dynamique est très variable suivant la direction de prélèvement de l’'éprouvette (CHADAUINS,

Le chapitre V est consacré à l’élude des modifications superficielles des éprouvelles polies électrolytiquement. Jexplique tout d’abord le mécanisme de la fissuralion dans le cas de l'aluminium écroui. Je montre ensuite combien est différent le comportement de l'aluminium recuit. Cette méthode d'investigation apporte des renseignements intéressants sur la structure cristalline ainsi que sur la résistance comparée du corps des crislaux et des zones intergranulaires.

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Elle à permis d'observer des glissements beaucoup mieux marqués que ceux oblenus au cours d’un essai de traction.

À la fin de ce chapitre je donne deux exemples d'application pratique de ces procédés expérimentaux : une méthode de détermination rapide de la limite de faligue dans le cas des métaux écrouis, et une méthode d'étude du recuit de l'aluminium.

L'examen séparé de chaque grain d'une éprouvette en aluminium recuit ma permis d'observer des aspects très particuliers des bandes de glissement. Dans le chapitre VI j'analyse quelques-uns de ces glissements particuliers et je cherche à les expliquer.

Le chapitre VII est consacré à l'étude des résultats fournis par la flexion alternée des lames d'aluminium. J’indique les analogies et les différences que présente le mécanisme de la fatigue en torsion alternée et en flexion alternée.

Ces ‘méthodes de travail s'appliquent à tous les métaux et peuvent apporter des renseignements utiles car le mécanisme de la fatigue peut différer avec les modes de cristallisation ou la texture de la maille.

Ces études sont malheureusement longues et délicates et l'exploitation complète de celte technique demandera encore de longs efforts.

Dans la {roisième partie je donne quelques résultats fournis par l’étude du fer Armco (chap. VIIT) et par celle d’un alliage aluminium-cuivre.

J'ai profité de l'étude de la torsion alternée des tôles de fer Armco pour rechercher l'influence de nouveaux facteurs (état de surface, largeur de l’'éprouvette, élévation de température, vitesse d'essai). J’indique tout particulièrement le rôle de l'élévation de température sur la limite de fatigue et pose les conditions expérimentales à respecter dans des essais aux efforts alternés de grande fréquence.

J’étudie comparativement les perturbations produites par les efforts alternés dans le fer écroui et dans le fer recuit et généralise les conclusions tirées de l’étude précédente sur le comportement de l’aluminium.

Dans le dernier chapitre (IX) je donne les premiers résultats d’une étude qui permettra sans doute de déterminer la variation de la résistance respective des grains et des joints de grains au cours du durcissement structural d'un alliage aluminium-cuivre. Cette recherche montre dès maintenant la grande différence qui s'est manifestée entre le comportement du métal durci par écrouissage mécanique ou par durcissement structural, et celui du métal recuil.

J'ai exécuté ces recherches au titre d’Attaché au C.N.RS. M. Albert Caouor, Membre de l’Institut, n'a fait le grand honneur de les suivre et d'en accepter le parrainage auprès du Centre National de la Recherche Scientifique. Je prie M. CaQuor de croire à ma bien respectueuse gratitude.

J'exprime également ma profonde reconnaissance à M. le Professeur CHAUDRON qui a bien voulu s'intéresser à ce travail. Ses conseils el ses critiques m'ont été très uliles et la bienveillance qu'il m'a témoignée m'est un précieux encouragement.

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Je suis particulièrement heureux de pouvoir remercier ici tous ceux qui m'ont permis d'entreprendre ce travail et surtout M. Poncin, Professeur à la Sorbonne, Directeur de l'Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique qui a su, en si peu de temps, donner aux chercheurs des moyens de

travail extrêmement intéressants. (à L |

Je ne saurais dire en quelques lignes tout ce que je dois à mon Maître de la Faculté des Sciences de Poitiers, M. Raymond JACQUESsSON, Directeur du Laboratoire de Mécanique des Solides de l’'E.N.S.M.A., qui m'a appelé auprès de lui pour entreprendre ce travail. Il a su m'inculquer le goût du travail minutieux et délicat indispensable pour mener à bien des travaux de cette nature. Depuis les premiers instants il a constamment dirigé mes recherches, m'a bien souvent encouragé de ses conseils et je dois dire combien j'ai apprécié la chance qui m'était donnée de travailler dans des conditions aussi satisfaisantes.

Qu'il me soit permis encore d'exprimer à M. l'Ingénieur en Chef VERNOTTE qui m'a donné les moyens indispensables pour l’impression de cette thèse ma bien respectueuse reconnaissance et mes très sincères remerciements.