X-ray diffraction study of microstructural changes during fatigue

Le travail présenté ici a pour but d évaluer les mécanismes microstructuraux liés à l amorçage de l endommagement par fatigue d un acier à usage pétrolier. Les microdéformations et les contraintes résiduelles (macrocontraintes) ont été déterminées par diffraction des rayons X en temps réel pendant des essais de fatigue en flexion alternée sur des éprouvettes plates prélevées dans la paroi d un tube neuf. Les microdeformations sont estimées à partir de mesures de la largeur de corde à mi-hauteur (LCMH) d un pic de diffraction et les contraintes résiduelles à partir du déplacement du pic. Les essais de fatigue sont réalisés pour cinq niveaux de contraintes différents. On observe trois stades de variation pendant l évolution des microdeformations. On montre que leur amplitude et leur durée sont proportionnelles au niveau de contrainte alternée. Des variations similaires sont observées pour les contraintes résiduelles, avec des durées identiques à celles des microdéformations. Des évolutions dans la densité et la répartition des dislocations ont été observées par microscopie électronique en transmission à l aide de la technique du faisceau d ions focalisés. Pour comprendre le rôle de la structure initiale, des essais de fatigue sur éprouvettes recuites ont été réalisés dans les mêmes conditions d essai. Là encore trois stades d évolution sont observées mais avec un premier stade inversé du fait de l état initial du réseau de dislocations. Les résultats obtenus sont très encourageants pour la prise en compte des évolutions microstructurales dans l établissement d un futur indicateur de dommage de la phase d amorçage en fatigue à grand nombre de cycles des matériaux.The present work aims to evaluate the microstructural mechanisms associated with the initiation of fatigue damage of steels used in the oil and gas industry. Microdeformations and residual stresses (macrostresses) were evaluated by X-ray diffraction in real time during alternating bending fatigue tests performed on flat test pieces taken from a pipe sample. Microdeformations were estimated from measurements of the full width at half maximum (FWHM) of the diffraction peak and residual stresses from the peak displacement. The fatigue tests were performed at five different stress levels. Three stages of changes during the evolution of microdeformation were detected. We show that their amplitude and duration are proportional to the level of alternating stress. Similar variations were observed for the residual stresses, with duration identical to those of the microdeformation. Changes in the density and distribution of dislocations were observed by transmission electron microscopy using the technique of focused ion beam. To understand the role of the initial structure, fatigue tests on annealed samples were performed under the same test conditions. Again, three stages of changes are observed but with an increase of the microdeformations instead of a decrease during the first stage due to the initial state of the dislocation network. The results are very encouraging for the consideration of the microstructural evolutions in the construction of a future counter of fatigue damage initiation in materials.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF