Thierry Auger : Fragilisation par métal liquide : des critères énergétiques aux facteurs d’intensité des contraintes d’amorçage de fissures

Résumé

La fragilisation par métal liquide (FML) d’un matériau par ailleurs ductile est un phénomène de transition de mode de rupture induite par l’environnement. Il est caractérisé par une vitesse de propagation potentiellement élevée des fissures fragiles et des effets néfastes sur les propriétés mécaniques. La FML englobe également la dégradation induite par le phénomène de mouillage des joints de grains (Grain boundary wetting , GBW). La phénoménologie de ces phénomènes est encore mal comprise, notamment pour la prédiction de couples solides/liquides sensibles, ainsi que pour prédire a priori les modes de fracture potentiels ou la ténacité. Nous illustrerons l’apport d’un critère énergétique basé sur la modélisation AbInitio des interfaces solide-liquide à la phénoménologie de la FML en termes de prédiction pour la classification des systèmes (GBW versus FML standard avec une transition ductile à fragile induite par l’adsorption environnementale). Grâce à un calcul du paramètre de mouillabilité S, qui est la mesure de la force motrice du mouillage au joint de grains, on présentera la tendance prédite pour plusieurs systèmes, des éléments purs aux alliages à haute entropie. Nous observons une bonne concordance avec les résultats expérimentaux. La ténacité à la rupture dans les systèmes à base de fer présentant une LME sera également comparée favorablement aux tendances prédites par une approche énergétique de Griffith basée sur la modélisation des interfaces solide-liquide. L’ensemble de ces résultats démontre l’intérêt d’utiliser des critères énergétiques basés sur la modélisation AbInitio en FML pour en prédire au moins la sensibilité voire prédire les anisotropies de rupture expérimentalement observées.

Dans un deuxième temps, nous présenterons les premières tentatives d’appliquer une approche QM/MM (Quantum Mechanics/Molecular Modeling) pour prédire les facteurs d’intensité de contrainte critiques d’amorçage de fissures dans un système LME à base de cuivre. Une méthodologie de comparaison avec des expériences in-situ aux petites échelles sera présentée, montrant comment les grandeurs mécaniques d’intérêt pour la rupture pourraient être comparées avec celle issue d’un cadre de modélisation multi-échelle QM/MM. Les défis restants seront soulignés.

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