Etude de la microstructure et des mécanismes d'endommagement de fontes G. S. Ductiles : influence des traitements thermiques de ferritisation
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work is concerned with the relationships between the microstructural parameters and damage mechanisms in ductile cast irons for monotonic and cyclic loading. We have characterized the initial microstructure of our as-cast and heat-treated cast irons, with particular emphasis on the structure and morphology of the graphite nodules. In-situ SEM tensile tests have been used to determine the sequence of damage mechanisms. Our main focus was on damage initiation. We have clearly shown that there are three main damage initiation mechanisms which depend on the morphology of the graphite nodules. In fatigue, replicas made during testing as well as post-mortem fractographic analyses have been used to follow damage. Damage is initiated in the first cycle on the graphite nodules and near surface porosities. Only surface cracks originating at porosities were observed to propagate. This propagation is mainly intragranular, and we have observed crack acceleration and deceleration near the nodules. For damage initiation in tension and fatigue, we calculate a local radial stress criterion by analytical and numerical methods. The results are similar and the low local radial stress calculated at an applied stress corresponding to the first particle decohesions imply that the graphite nodules are relatively weak. In fatigue, we have studied intergranular bifurcation and crack-particle interactions. Our results are in good agreement with the observed phenomena. They show that if damaged nodules are considered as microcracks they can cause the crack to accelerate. The heat treatments increase the number of damaged nodules in the first cycle, and are therefore harmful to the fatigue of cast irons.
Abstract FR:
Ce travail est consacré à l'étude des relations entre les paramètres microstructuraux et les mécanismes d'endommagement de fontes G. S. Ductiles dans le cas de sollicitations monotone et cyclique. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la microstructure initiale de nos fontes brutes de coulée et traitées thermiquement, notamment les sphéroïdes de graphite. Puis, lors d'essais de traction in-situ dans un M. E. B. Nous avons identifié la chronologie de l'endommagement. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l'amorçage de cet endommagement. Nous avons clairement mis en évidence les relations qui existent entre les différentes microstructures de sphéroïdes et les trois mécanismes d'amorçage identifiés. En fatigue, nous avons suivi l'endommagement par prise de répliques pendant les essais et par examens fractographiques post mortem. L'amorçage de l'endommagement se fait au premier cycle, sur les sphéroïdes de graphite et sur les porosités proches de la surface. Seules les fissures provenant des porosités se propagent. Cette propagation est majoritairement intragranulaire, et nous avons observé des phénomènes de ralentissement et d'accélération à l'approche des sphéroïdes. Pour l'amorçage de l'endommagement en traction en en fatigue, un critère de décohésion en contrainte locale a été calculé par une méthode analytique et par une méthode numérique. Les résultats sont semblables et mettent en évidence le peu de résistance du graphite. En fatigue nous avons étudié la bifurcation intergranulaire et les interactions fissure-particules. Nos résultats sont en accord avec les phénomènes observés. Ils mettent en évidence la présence néfaste des sphéroïdes endommagés, qui, représentés sous la forme de microfissures, entraînent des accélérations importantes de la fissure. Les traitements thermiques, augmentant le nombre de particules endommagées, sont par conséquent néfastes à la tenue en fatigue de ces fontes.