Analyse de la vitesse de propagation de fissures de fatigue en plasticité généralisée en conditions de chargement biaxial

Cette étude consiste à caractériser expérimentalement et modéliser la propagation de fissure en plasticité généralisée en cherchant notamment à déterminer un critère de bifurcation de fissure. Nous nous intéressons tout d'abord à optimiser un dispositif expérimental existant pour réaliser des essais biaxiaux sur éprouvettes en croix à 900°C. Nous présentons ici la méthodologie expérimentale mise en place ainsi que les premiers résultats de cette campagne d'essais. Sous les conditions de hautes températures, certaines pièces aéronautiques subissent des chargements sévères nécessitant de prendre en compte des fissures de fatigue. Ces conditions provoquent une forte plastification dans la zone de propagation de fissures rendant inopérantes les méthodes de modélisation de la propagation de fissures en condition de plasticité confinée. Ainsi, une étude sous les conditions de plasticité généralisée en fatigue s'impose. Le matériau retenu pour l'étude est un superalliage à base de Cobalt, le HAYNES 188. Le dispositif expérimental est constitué d'une machine de fatigue biaxiale coplanaire, d'un microscope optique permettant l'observation in situ de la fissuration et d'un système de chauffage par induction. Les essais ont été effectués sur des éprouvettes cruciformes à entaille centrale. L'un des paramètres influant sur le déroulement des essais est l'homogénéité du champ de température dans l'éprouvette. Le but est d'obtenir un champ thermique aussi uniforme que possible dans la zone de propagation de la fissure, et d'améliorer cette homogénéité par rapport au dispositif existant. Pour se faire, nous avons conçu un inducteur spécifique. Une mesure par thermographie infrarouge a montré que cet inducteur permet de réduire le gradient thermique au niveau de la zone utile de l'éprouvette. Les essais ont été réalisés sous sollicitations biaxiales séquentielles. Ces séquences sont pilotées en charge (F) ou en déplacement (U) à l'aide de capteurs LVDT. Une première séquence sous sollicitation équibiaxiale (RU=U1/U2=1 ou RF=F1/F2=1) donne naissance à une fissure se propageant le long d'une bissectrice de l'éprouvette. Ensuite, un changement du rapport de charge (R ?1), induit la bifurcation de fissure. Cette deuxième séquence est utile pour l'étude de la bifurcation. La symétrie de l'éprouvette et du chargement conduit à la formation de deux fissures qui s'amorcent à partir de chaque entaille et se développent symétriquement par rapport à celle-ci. La symétrie des fissures observées et l'analyse du champ de température indiquent que le centrage du chauffage est a priori correct. Les fissures obtenues présentaient une large ouverture et une zone de plasticité mettant en évidence le chargement en plasticité généralisée. On observe dans cette zone le développement d'un réseau de microfissures. Ces observations sont proches des mécanismes observés pour des essais de propagation de fissure en plasticité généralisée effectués sous sollicitations uniaxiales (éprouvettes de type SENT) à 900°C pour le même matériau. Nous avons privilégié le suivi optique pour analyser la propagation de fissure pour les essais réalisés en biaxial. En effet, en se basant sur les photos capturées in situ, une mesure de la longueur de la fissure propagée a,correspondant au nombre de cycles associé N, a été déduite. La connaissance de l'évolution de la longueur de fissure a(N), permet de déduire la vitesse de propagation de fissure en faisant l'approximation da/dN