Acteurs : CEREMA, IMMM

Analyse des champs de contrainte

Pour garantir la tenue en service des structures, tout en optimisant les performances et les coûts de fabrication, il est nécessaire d’évaluer de façon fiable la durée de vie des pièces. Pour cela, ils vont prendre en compte d’une part les sollicitations mécaniques (contraintes externes) et d’autre part, les contraintes résiduelles internes à la pièce, dues entre autres à son élaboration et aux traitements thermomécaniques subis.

La diffraction des rayons X (DRX) offre un moyen efficace, rapide et non destructif pour évaluer ces contraintes résiduelles. Cependant, il est nécessaire de savoir interpréter les résultats et surtout d’adapter une méthodologie spécifique au matériau analysé. La diffraction des rayons X permet la mesure directe des distorsions élastiques du réseau cristallin. Elle permet d’obtenir une bonne description du comportement mécanique du matériau car cette technique analyse directement les positions atomiques dans le réseau cristallin. En effet, la raie de diffraction considérée subit un déplacement et un élargissement en relation avec l’état de contrainte à différentes échelles.

La maîtrise de la relation entre microstructure et propriétés d’emploi, a fortiori dans les matériaux hétérogènes, s’avère indispensable pour s’assurer de la bonne tenue en service des pièces. En effet, cette voie permet l’établissement de critères macroscopiques pertinents et fiables puisque intégrant les mécanismes microstructuraux de comportement, d’endommagement, d’usure et de rupture. La caractérisation ainsi que le contrôle des pièces à une échelle suffisamment fine se révèlent donc être une étape indispensable. La quantification des contraintes et des distorsions résiduelles, associées à la microstructure de dislocations par la méthode de diffraction des rayons X, s’inscrit dans cette démarche.

Les grandeurs analysées permettent la compréhension du mécanisme physique responsable de l’amélioration ou de la dégradation du comportement du matériau. De plus, l’hétérogénéité de ce dernier ainsi que l’anisotropie de comportement, induisent des  contraintes internes qui doivent être évaluées. Ceci constitue une étape indispensable dans l’identification et la compréhension du mécanisme considéré. Cette évaluation permet également d’intégrer ces contraintes dans les propriétés d’emploi.

Autour de cette thématique, les projets de développement suivant peuvent être cités :

- Développement de la technique de corrélation d’image couplée à la diffraction des rayons X pour l’analyse des champs de déformations totale et élastique sous sollicitation mécanique.

- Analyse des contraintes mécaniques locales par la microdiffraction (source synchrotron, résolution de 0.5x0.5 micron²) pour cartographier en 2D, à l’échelle sub-micronique, les orientations cristallines et les contraintes dans des polycristaux.

- Analyse in situ des champs de contraintes et de déformations lors de sollicitations mécaniques en température.

- Développement d’analyse des champs mécaniques en 3 dimensions par diffraction des rayons X (source synchrotron) via la nouvelle méthode 3DXRD (Three Dimensional X ray Diffraction).

Couplage RX / US

Le couplage des mesures ultrasonores et RX dans le but d'affiner les méthodes d'imagerie et de diagnostique des structures et/ou de cross valider les méthodes est un centre d'intérêt de plusieurs membres du GIS. On peut par exemple mentionner :

- Les mesures aériennes ultrasonores sans contact qui offre une configuration idéale pour un couplage avec la tomographie par RX.

- le monitoring de propriétés comme la cicatrisation des matériaux et l'imagerie de contrainte par tomographie par RX et interférométrie de la coda