Endommagement sous chargement cyclique avec temps de maintien de l'alliage de titane Ti-6242 : rôle de l'hydrogène interne
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Abstract EN:
This study focuses on the dwell-fatigue behaviour of a beta-forged Ti-6242 alloy. The dwell-effect, phenomenon observed on most of titanium alloys, consists in a fatigue-life decrease after the introduction of hold periods at the maximum stress level. Firstly, this study shows that the dwell-effect results from both earlier fatigue-crack initiation and faster crack propagation. The analyses conducted on the fatigue and creep specimens reveal an internal damage consisting in micro voids nucleation along shear bands resulting from either basal or pyramidal slips. Moreover, tests conducted on hydrogen-charged specimens until 300 ppm show that internal hydrogen has a beneficial effect on fatigue-life without changing the damage mechanism. However, for hydrogen content below 150 ppm, this beneficial may be explained by the increase in yield stress with the increasing hydrogen content, but for hydrogen content over 150 ppm, the increase in yield stress is not sufficient to explain the increase in fatigue-life. Crack growth tests reveal faster crack propagation under dwell-fatigue loading. This increase in crack growth rate results from a combination of deleterious effects of environment and internal hydrogen. The role of internal hydrogen needs more analyses to be clearly established but the internal hydrogen could be responsible of the nucleation of micro cracks in the main crack tip area.
Abstract FR:
Cette thèse vise à améliorer la compréhension du phénomène appelé « dwell-effect », observé sur la plupart des alliages de titane, consistant en une chute de durée de vie en fatigue suite à l’introduction de temps de maintien à la charge maximale du cycle de fatigue. Cette étude a permis de montrer que ce phénomène résulte d’un amorçage plus précoce et d’une fissuration plus rapide sous chargement de fatigue-dwell. Les analyses menées sur les éprouvettes de fatigue et de fluage ont révélé que l’activation de glissements basal ou pyramidal peut être à l’origine d’un endommagement interne par formation de cavités. De plus, cette étude montre que l’hydrogène interne, dans la gamme de teneurs 30-300 ppm, a un effet bénéfique sur les durées de vie, sans pour autant modifier les mécanismes de déformation et d’endommagement. Pour une teneur inférieure à 150 ppm, cet effet bénéfique peut être expliqué par l’augmentation de la limite élastique avec la teneur en hydrogène ; au-delà de cette teneur, l’accroissement de la limite d’élasticité ne suffit plus à expliquer l’effet bénéfique de l’hydrogène sur les durées de vie en fatigue. Les différents essais de fissuration ont montré que l’augmentation de la vitesse de fissuration sous air sous chargement de fatigue-dwell est le résultat de la combinaison des effets néfastes de l’environnement et de l’hydrogène interne. Le rôle exact de l’hydrogène reste à préciser mais il pourrait être à l’origine de la formation de micro fissures dans les zones de forte triaxialité de contraintes. Des analyses par micro empreintes montrent que l’hydrogène passe de la phase b à la phase a au niveau des bandes de glissement, via les dislocations. Enfin, l’intégration des lois de fissuration permet de reproduire convenablement l’évolution de la longueur d’une entaille au cours d’essais de fatigue.