Etude des micro-mécanismes d’endommagement associés à un défaut maîtrisé dans une éprouvette en alliage d’aluminium

Pour l’industrie automobile, le XXIeme siecle a mis en avant de nouveaux defis economiques et environnementaux qui ont pousse les constructeurs a revoir la conception de leur vehicule, notamment le moteur. La culasse est ainsi entree dans le concept de downsizing avec une optimisation de la masse du systeme et une diminution des couts de fabrication. Par ses bonnes proprietes mecaniques, sa faible densite et sa resistance a la corrosion, l’alliage d’aluminium Al-7Si-3Cu repond au cahier des charges de cette application. Les coulees sont realisees avec un alliage de seconde fusion pouvant contenir des impuretes de fer nocives pour la sante des pieces. Par ailleurs, la microstructure depend du procede d’elaboration. Pour des raisons economiques et pratiques, le Procede a Modele Perdu (PMP) en moule en sable a ete developpe pour concurrencer le procede traditionnel de coulee par gravite en coquille. Toutefois, les vitesses de refroidissement sont nettement plus lentes pour des culasses produites par PMP et il en decoule des dendrites riches en aluminium plus grossieres et des microretassures plus nombreuses et volumineuses. Ce qui a pour consequence une duree de vie reduite du produit lors des sollicitations thermomecaniques tout en conservant les proprietes mecaniques macroscopiques inchangees [Tabibian 2011]. Des etudes effectuees dans notre laboratoire ont montre l’impact des phases et des defauts sur l’amorcage et la propagation de fissures de fatigue sur des echantillons preleves dans des culasses elaborees par le PMP [Li 2016, ]. Toutefois, la distribution et les caracteristiques des defauts observes presentaient une forte variabilite inherente au procede industriel rendant complexe l’analyse du mecanisme de fissuration. Dans le cadre de la presente etude, l’objectif est d’etudier les mecanismes d’endommagement monotone et cyclique autour d’un defaut unique dont la generation est maitrisee dans chaque eprouvette en alliage d’aluminium dans le but de simplifier les observations et les analyses. Des essais mecaniques monotones et cycliques instrumentes ont ete effectues au moyen d’une micromachine. Les champs de deplacement et de deformations autour du defaut a la surface de l’eprouvette sont determines par correlation d’images numerique. Ces essais sont interrompus a differents stades pour caracteriser par microtomographie aux rayons X la morphologie en volume des microfissures. Ces donnees experimentales sont utilisees comme conditions aux limites dans une simulation par methode des elements finis en vue d’un dialogue experience – numerique.