Étude des mécanismes d’endommagement de la microstructure d’un alliage d’aluminium-silicium pour application automobile à partir d’éprouvette modèle à défaut contrôlé

Understanding the impact of the manufacturing defects (porosity, brittle inclusions) resulting from the Lost FoamCasting (LFC) process is a major concern in the cracks development under mechanical stress. The Al-7Si-3Cualloy (A319) will be considered in this crack mechanisms analysis. Generally, samples are obtained by cylinderhead sampling, but the variability in the distribution and characteristics of defects complicates the analysis ofcracking mechanisms. The new approach is to create a model test specimen with a representative cylinder headmicrostructure in terms of constituents and defects. Controlling the defect position allows to know the crack ini-tiation location. Hence, the observation area is limited during the mechanical test and it helps to ease quantitativemeasurement at a very fine scale. Two strategies are considered for the test specimen. The first method consistsin closing pores of the LFC alloy cut from the engine with the Hot Isostatic Pressure (HIP) process and drill aninclined hole in the center of the machined specimen. Instrumented cyclic mechanical tests with cameras wereperformed using a tensile micromachine. The displacement fields around the hole on the surface were measuredand analysed with digital image correlation. The test was stopped at different stages to characterize the 3Dmorphology of the micro-cracks by X-ray microtomography. The von Mises strain field calculated on the surfaceand those calculated in the volume allow an understanding of the damage mechanisms in the region of interestof the specimen. The second method consists in controlling the solidification cooling rate of a tensile sample castin our laboratory’s foundry with the aim of placing an internal pore in the middle of the gauge length. Opticalmicroscopy and X-ray microtomography observations were carried out in order to quantify the microstructurefeatures and the defects location.La compréhension de l’impact des défauts de fabrication (porosité, inclusions fragiles) par Procédé de fonderie à Modèle Perdu (PMP) est au cœur des problématiques liées à l’amorçage de fissures dans les pièces sollicitées mé-caniquement. L’analyse des mécanismes de rupture vise en particulier l’alliage Al-7Si-3Cu (A319). Ce type d’étude se fait généralement par prélèvement en culasse mais la grande variabilité de la distribution et des caractéristiques des défauts observés complique l’analyse des mécanismes de fissuration. La nouvelle approche consiste à créer une éprouvette modèle avec une microstructure de culasse représentative en termes de constituants et défauts. Par le contrôle du positionnement du défaut dans l’éprouvette analysée, le site d’amorçage de la fissure est connu. Ainsi,la zone d’observation est limitée pendant l’essai mécanique ce qui permet de faciliter la mesure quantitative à une échelle très fine. Deux stratégies sont envisagées pour l’éprouvette. La première méthode consiste à fermer les pores de l’alliage A319 prélevé en culasse par un traitement thermomécanique de Compression Isostatique à Chaud(CIC) et à percer un trou incliné au centre de l’éprouvette usinée. Des essais mécaniques cycliques instrumentés avec des caméras ont été effectués en utilisant une micromachine de traction. Les champs de déplacement autour du trou à la surface ont été mesurés et analysés par corrélation d’images numériques. L’essai est interrompu à différents stades pour caractériser la morphologie 3D des microfissures par microtomographie aux rayons X. Les déformations de von Mises calculées en surface et celles calculées dans le volume permettent de comprendre les mécanismes d’endommagement dans la région d’intérêt de l’éprouvette. La seconde méthode consiste à contrôler la vitesse de refroidissement lors de la solidification d’un échantillon de traction coulé en laboratoire dans le but de placer un pore interne au milieu de la zone utile de l’éprouvette. Des observations en microscopie optique et en microtomographie RX ont été effectuées afin de quantifier les caractéristiques de la microstructure et la localisation des défauts