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République Algérienne Démocratique et Populaire Ecole Nationale Supérieure de T

République Algérienne Démocratique et Populaire Ecole Nationale Supérieure de Technologie Département de Génie Mécanique et Productique « Les techniques d’expertise de rupture » Réalisé par : -CHEREF Fatma -LOUTANI Asma -BERKAT Kamar -GOUAL Sarah Année d’étude : 2020/2021 « LES TECHNIQUES D’EXPERTISE DES RUPTURES » Mécanique de Rupture et Fatigue I-Introduction II-Définition de défaillance III- Les Techniques d’expertise de rupture Examens micro fractographiques Examen microscopie électronique à balayage L’examen micrographique (optique) L’examen micro tomographie à rayon X IV- Quelques exemples sur l’expertise de rupture Rupture d’une bielle lors d’une remise en fonctionnement Examen microscopie électronique à balayage Rupture d’un goujon en acier V-Conclusion « LES TECHNIQUES D’EXPERTISE DES RUPTURES » Mécanique de Rupture et Fatigue Introduction : La rupture d’un matériau, d’une pièce ou d’une structure peut entraîner de nombreuses conséquences économiques pour un industriel. Lorsque survient cette défaillance, il est donc important d’identifier la nature et l’origine de la casse afin de mettre en place des actions correctives. L’expertise de rupture permet : • De valider la conformité du matériau aux spécifications attendues et aux contraintes du contexte par la réalisation d’analyses chimiques, de tests mécaniques et de caractérisation la microstructure ; • D’observer un facies de rupture en microscopie afin de déterminer le type de casse (ductile, fragile, suite à un choc, par fatigue, par non-conformité matière, intergranulaire, intragranulaire, suite à la présence d’inclusions, par fragilisation H2, …). • De diagnostiquer l’origine de la rupture et proposer des solutions. Définition : Le terme défaillance d’une pièce (ou d’une structure) est utilisé lorsque la pièce n’est plus apte à remplir la fonction qui lui a été assignée. On peut globalement distinguer trois cas : Les défaillances dues aux déformations des pièces Les défaillances dues à la rupture des pièces Les défaillances par détérioration de surface. Expertise de rupture ou une analyse de défaillance se déroule en plusieurs étapes successives : Prise en compte du contexte de la pièce (histoire, environnement…) Observation macroscopique (morphologique) de la pièce Observations complémentaires telles que des analyses microscopiques, analyses chimiques, essais mécaniques, … « LES TECHNIQUES D’EXPERTISE DES RUPTURES » Mécanique de Rupture et Fatigue Les Techniques d’expertise des ruptures: Examens micro fractographiques : A l’aide de la microscopie électronique à balayage, il est possible d’identifier les modes de propagations des ruptures, par analyse qualitative des faciès (stries de fatigue, cupules, inter- granulaire, clivage). Cette technique s’appelle la microfractographie. Depuis les années 2000, il est clairement établi que la répartition surfacique des types de faciès de rupture prédominants traduit la réponse du matériau à une sollicitation externe. Il est donc possible de corréler la répartition de ces faciès aux facteurs mécaniques gouvernant la résistance à la fissuration (contrainte maximale et amplitude). La répartition des faciès de rupture est alors déterminée à partir de clichés réalisés en microscopie à balayage. Pour une sollicitation globale, l’intensité des contraintes peut varier localement le long du front de fissure. Ceci explique pourquoi sur une surface de rupture peuvent coexister plusieurs modes de ruptures, caractérisés par plusieurs types de faciès. L’étude se base sur l’identification des faciès caractéristiques des éprouvettes fissurées sous des sollicitations connues, puis sur leur comparaison. Examen microscopie électronique à balayage : La microscopie électronique à balayage (MEB) est une technique basée sur le principe des interactions électrons-matière permettant d’obtenir des images en haute résolution de la surface d’un échantillon. Un faisceau d’électrons vient frapper la surface de l’échantillon générant l’émission d’un spectre de particules sous forme de rayonnements: électrons secondaires, électrons rétrodiffusés et rayons X. Le traitement de ces différents rayonnements apporte de l’information sur la matière dont est constitué l’échantillon. Les avantages : « LES TECHNIQUES D’EXPERTISE DES RUPTURES » Mécanique de Rupture et Fatigue  Imagerie rapide haute résolution  Identification rapide des éléments présents  Excellente profondeur de champ (~100X celle de la microscopie optique)  Plateforme polyvalente prenant en charge de nombreuses autres techniques d'analyse.  Le mode basse dépression permet d'imager des échantillons isolants et hydratés Les inconvénients :  Peut-être besoin de graver des échantillons plans pour le contraste  Les restrictions de taille peuvent nécessiter de couper l'échantillon  La résolution ultime dépend fortement de la chimie de l'échantillon et de la stabilité dans le faisceau d'électrons  Si une analyse de surface UHV est nécessaire, il faut l’effectuer d’abord pour éviter toute introduction possible de carbone en surface par le MEB.  L’examen micrographique (optique) : L’examen micrographique mis en œuvre par microscopie optique peut être réalisé pour contrôler la santé matière d’un matériau métallique (afin de vérifier si sa structure correspond à celle attendue) mais aussi lors d’expertises de défaillance. L’obtention de la surface d’examen ou d'analyse métallographique adaptée pour la mise en œuvre d’une étude micrographique nécessite une succession d’opérations allant du prélèvement effectué sur le produit jusqu’à l’attaque ou la révélation micrographique en passant bien évidemment pour les opérations de pré polissage et de polissage de finition. L’examen ou l'étude micrographique réalisée sur la surface ainsi préparée par microscopie optique permet de déterminer notamment la nature de la structure, la taille de grain, la nature et la teneur des inclusions mais également de mettre « LES TECHNIQUES D’EXPERTISE DES RUPTURES » Mécanique de Rupture et Fatigue en évidence la présence d’un éventuel traitement thermique ou traitement de surface. L’examen micro tomographie à rayon X : L’analyse par microtomographie X permet le diagnostic d’un assemblage sans nécessiter de destruction. Cette technique non-destructive permet la recherche de défauts tels que fissures, porosités, inclusions, fuites, calage, soudure,.... Cette technique innovante de diagnostic permet de visualiser les défauts dans les 3 dimensions d’un composant. Elle permet aussi de contrôler des pièces à hautes valeurs ajoutées par la détection et/ou la visualisation de défauts. L’expertise de fuites, de répartition de charges, de principes actifs, de porosités, ou encore de phénomènes de fissuration seront menés par cette analyse. Nous vous fournirons également un viewer afin de visualiser les assemblages dans les moindres détails. Principe de fonctionnement : Une source de rayonnement X illumine un objet et un détecteur qui rassemble toutes les radiographies X. L’objet tournant, de nombreuses radiographies X sont acquises sous des angles différents. Une compilation des données numériques permet de reconstituer cet objet suivant un contraste densitométrique. Il est alors possible d’inspecter la structure interne de l’objet, de réaliser une reconstruction en 3 dimensions. « LES TECHNIQUES D’EXPERTISE DES RUPTURES » Mécanique de Rupture et Fatigue Les avantages :  Premièrement, non destructif  Deuxièmement, mesure quantitative de l'orientation de la phase et de la texture  Troisièmement, des exigences minimales ou inexistantes pour la préparation des échantillons  Enfin, les conditions ambiantes pour toutes les analyses L’inconvénient :  C'est une technique rapide et puissante pour identifier les minéraux et matériaux inconnus  -Il ne nécessite que la préparation d'un échantillon minimal pour l'analyse  -L'interprétation des données résultantes est relativement simple  Les instruments de mesure XRD sont largement disponibles. Quelques exemples sur l’expertise de rupture : Rupture d’une bielle lors d’une remise en fonctionnement : L’analyse de la rupture d’une bielle en alliage d’aluminium (série 6082 T6) a consisté à réaliser des examens du faciès de rupture (de profil et de face), des examens micrographiques au droit du faciès et enfin une analyse chimique de la matière. Ensuite l’expert en charge du dossier a réalisé l’interprétation en s’appuyant sur des recherches bibliographiques en rapport avec le phénomène avant de conclure. L’examen macrographique a révélé tout d’abord qu’il s’agissait d’une rupture relativement fragile en traction (avec une légère torsion de la bielle). On s’aperçoit également que le premier filet est légèrement arraché. « LES TECHNIQUES D’EXPERTISE DES RUPTURES » Mécanique de Rupture et Fatigue Puis, les examens micrographiques au droit du faciès (après attaque à l’acide fluorhydrique 0,5 %) ont montré une microstructure pure en aluminium (peu d’éléments d’addition) et ont permis de préciser que la propagation de la rupture était transgranulaire (traversant les grains) avec des grains légèrement plus grossiers en fond de filets de la pièce (mise en évidence par un réactif de type perchlorure de fer). Enfin, l’analyse de la composition chimique (par spectrométrie d’émission optique) a montré que la nuance était en réalité un aluminium EN-AW-6060 (selon la norme produit NF EN 573-1 relative à la composition chimique des alliages corroyés) avec une résistance mécanique à la rupture de 190 MPa et non pas un aluminium EN-AW-6082-T6 (comme annoncé) qui aurait eu alors une résistance mécanique à la rupture plus importante (310 MPa). L’erreur sur la nuance (et les caractéristiques mécaniques réduites) expliquent la rupture prématurée de la bielle. CTIF s’est appuyé, pour cette expertise, sur les analyses de laboratoire et ses bases de données de matériaux pour remonter à la nuance de la bielle et expliquer la rupture. Dans ce cas, l’erreur sur la composition chimique et les performances mécaniques beaucoup plus faibles expliquent la rupture fragile transgranulaire en traction lors de la remise en route de l’installation. Rupture d’un goujon en acier : « LES TECHNIQUES D’EXPERTISE DES RUPTURES » Mécanique de Rupture et Fatigue La deuxième expertise concerne uploads/Management/ expose-med-el-amine.pdf