Mécanismes microscopiques et comportement cyclique de l'alliage d'aluminium 7010
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
We analysed the microscopical mechanisms responsible for fatigue and uni axial tensile damage in 7010-T7651 high strength aluminium alloy. The micro structure of this industrial alloy exhibits recrystallized and unrecrystallized grain families with sub-grains inside the latter. Close to the inter-rnetallics micro-pores might be observed. For both kinds of applied stresses the main crack initiation sites are due to inter metallic rupture. In the case of uniaxial tensile stress final rupture occurs in two steps. Firstly, micro cracks jo in together inside the intermetallic clusters, and secondly macro cracks join together from the clusters. In the case of cyclic applied stress for which crack initiation sites are less numerous, crack growth remains mainly in mode I but locally may change of direction to follow an inter-granular or intra-granular crack path whatever the local recrystallization state. Final rupture results either from macro-crack junction for high stresses, or at lower stresses when a macro-crack reaches a critical length. Analysis of crack initiation sites yields several Observations. Inter metallics located at grain boundaries are broken more frequently than intra-granular ones. The micro-pores close to inter-metallics seem to be harmful. The grains in which crack initiation occurs exhibit a twisted cubic texture. From a crack growth point of view, fatigue cracks tend to get round the small recrystallized grains and to cross the large ones. Within the unrecrystallized grains the path is mainly inter-subgranular. Using the knowledge of the damage chronology and of the controlling microscopical mechanisms we established a model in fatigue and uniaxial tensile stress. In the case of uniaxial tensile stress the model points out the fact that clusters might be harmful. In the case of fatigue the cycle number to rupture is linked to micro-structural parameters. We show that fatigue strength decreases when recrystallized rate increases · what is experimentally verified.
Abstract FR:
Nous avons analysé les mécanismes microscopiques responsables de l'endommagement sous sollicitation cyclique et monotone dans le cas d'un alliage d'aluminium à hautes caractéristiques mécaniques de type 7010-T7651. La microstructure de cet alliage industriel, présente une structure mixte de grains recristallisés et non recristallisés où dans ces derniers figurent des sous-grains. Accolées aux intermétalliques nous avons également observé des micro-porosités. Pour les deux types de sollicitation le principal mécanisme d'amorçage correspond à la rupture des intermétalliques. Dans le cas de la traction monotone la rupture se produit en deux étapes. D'abord, les microfissures se rejoignent à l'intérieur des amas et ensuite elles percolent entre les amas. Dans le cas de la fatigue où les sites d'amorçage sont moins nombreux la fissure se propage macroscopiquement en modèle, mais localement peut bifurquer pour suivre un cheminement inter-granulaire ou intra-granulaire quelle que soit la nature de la recristallisation locale. La rupture survient par la percolation des macro-fissures pour les fortes contraintes, ou dans le cas des faibles contraintes par propagation d'une seule fissure qui atteint une taille critique. En ce qui concerne l'amorçage nous avons montré que les intermétalliques situés aux joints de grains sont rompus plus fréquemment, que la présence de micro-porosités près des intermétalliques est néfaste et enfin, que les grains où l'amorçage se produit présentent une texture cubique tournée. En ce qui concerne la propagation, les fissures de fatigue ont tendance à contourner les petits grains recristallisés et à traverser les plus gros, tandis que dans les grains non recristallisés elles cheminent essentiellement de façon inter-subgranulaire. A partir de la connaissance de la chronologie de l'endommagement et des mécanismes micro-structuraux qui la contrôlent nous avons modélisé le comportement sous sollicitation monotone ou cyclique. Sous chargement monotone la modélisation indique que la répartition en amas des intermétalliques peut être néfaste. En fatigue, nous relions le nombre de cycles à rupture aux paramètres micro-structuraux. Nous montrons que la tenue en fatigue diminue lorsque le taux de recristallisation augmente ce qui est vérifié expérimentalement.