Fissuration par fatigue d'alliages d'aluminium au lithium de troisième génération

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de l'étude de la tolérance au dommage des alliages légers utilisés dans l'industrie aéronautique et porte sur la résistance à la fissuration par fatigue d'alliages d'aluminium au lithium de troisième génération. Dans ce contexte, trois nuances d'alliages Al-Cu-Li ont été considérées, qui jouent principalement sur les teneurs respectives en lithium et en cuivre. Sur la base d'essais de propagation à l'air et sous vide, d'observations en microscopie électronique à balayage et d'analyses EBSD, il est montré que la résistance à la propagation est fortement déterminée par les mécanismes de glissement des dislocations mis en jeu en pointe de fissure. Il ressort notamment qu'une localisation de la déformation favorisée par les précipitations spécifiques à ces alliages privilégie, dans le domaine des vitesses inférieures à 10-7 m/cycle, le développement d'un mode de fissuration transgranulaire à caractère cristallographique, ayant un double effet : une résistance à la fissuration accentuée en l'absence d'assistance de l'environnement (vide ou exposition réduite à la vapeur d'eau) conduisant à des seuils élevés, ou bien une accélération de la fissuration près du seuil avec une forte réduction du seuil sous atmosphère ambiante, attribuée à une assistance de l'hydrogène. Une modélisation intégrant les différents mécanismes de fissuration en fonction du couple environnement-microstructure et en tenant compte des interactions entre la fermeture et les effets d'environnement est proposée pour décrire une loi effective. Une modélisation 2D de la fermeture induite par plasticité ouvre une piste pour une simulation quantitative de l'influence de ce facteur dans le domaine des vitesses intermédiaires. Des essais sous chargements d'amplitude variable permettent d'évaluer l'applicabilité de la loi effective pour la prédiction, à l'aide d'un modèle industriel, des durées de vie dans des structures aéronautiques.This PhD thesis comes within the scope of studying the damage tolerance properties of light alloys used in aeronautics, and deals with the resistance against fatigue crack propagation of third generation aluminium lithium alloys. Three Al-Cu-Li alloys with different lithium and copper content were considered. Based on crack propagation tests in ambient air and in vacuum, SEM examinations and EBSD analysis, the resistance against fatigue crack propagation is shown to be highly depending on dislocations gliding processes at the crack tip. Particularly, the specific shearable precipitation of these alloys induces strain localization, favouring a double-acting transgranular crystallographic propagation mechanism for growth rates lower than 10-7 m/cycle : an enhanced resistance against crack propagation in the absence of environment assistance (vacuum or reduced water vapour exposition) leading to high thresholds, or an acceleration in the growth rates in the near-threshold domain with a strong threshold lowering, attributed to an hydrogen assistance. An analytical modelling of an effective crack propagation law is proposed by taking into account the different crack propagation mechanisms according to the environment/microstructure couple and regarding to the crack closure and environment effect interactions. A finite element modelling of 2D plasticity induced crack closure gives a lead to a quantitative simulation of the influence of this phenomenon in the mid growth rates regime. Variable amplitude loading tests were also performed to evaluate the applicability of the proposed effective law for the prediction of aeronautical structures life times with an industrial model.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF