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1. Généralités sur l’analyse de défaillance
2. Analyse morphologique des ruptures
3. Exemples industriels – Cas concrets
4. Analyse de défaillance corrosion
5. Exemple concret de rupture liée à la corrosion
L’analyse de défaillance: investissement stratégique
journée portes ouvertes 31/5/2013
On parle de DEFAILLANCE lorsqu’une pièce n’est plus apte à remplir la fonction qui lui a été assignée.
•Exemples : rupture, fissure, corrosion, usure…etc…
Généralités sur l’analyse de défaillance
journée portes ouvertes 31/5/2013
Généralités sur l’analyse de défaillance
Le coût moyen de la non-qualité en France, se traduisant par des pertes,
des rebuts ou des réparations, est de 10 à 15% du chiffre d’affaire des
industries.
Seul un quart des entreprises mènent des analyses de défaillances.
10% d’entre elles ont une véritable stratégie visant à tirer un profit
maximum de ces défaillances, en vue d’améliorer la qualité des produits.
L’analyse de défaillance sous-utilisée
journée portes ouvertes 31/5/2013
•On se contente souvent de vérifier la qualité des matériaux,
qui n’explique que 10% des cas de défaillances.
Causes de rupture (source : Techniques de l’Ingénieur)
Conception
50% Réalisation
25%
Utilisation
15%
Qualité du matériau
10%
Généralités sur l’analyse de défaillance
journée portes ouvertes 31/5/2013
Incidence d’un défaut de fabrication au cours de la vie d’une pièce
dans le secteur automobile.
DISTRIBUTION
0
20
40
60
80
100
120
140
160
avant chaine de fabrication
en cours de fabrication
en sortie de chaine de fabrication
avant livraison en retour clientèle en retour clientèle (expertise judiciaire)
Co
ut
du
tra
item
ent
d'u
ne
déf
ailla
nce
PRODUCTION
Généralités sur l’analyse de défaillance
journée portes ouvertes 31/5/2013
Une défaillance, tout comme une non-conformité dans le domaine de la
qualité, est un échec dont on doit tirer profit pour éviter qu'il ne se
répète.
Généralement, une pièce cassée est considérée comme rebut; or celle-ci
représente le résultat d'un "essai industriel" involontaire en grandeur
nature.
L'analyse de défaillance est aujourd'hui plus que jamais un
investissement rentable puisqu'elle est un vecteur de progrès.
Généralités sur l’analyse de défaillance
journée portes ouvertes 31/5/2013
Analyse morphologique des ruptures
L’analyse de défaillance
journée portes ouvertes 31/5/2013
La fractographie est indispensable pour permettre
un diagnostic fiable.
Elle permet de déterminer notamment le mode de rupture
ainsi que le type de sollicitations
Examen macrographique
Zones et plan de rupture
Zone(s) d’amorçage(s)
Aspect (brillant – oxydé)
Texture (fine – granuleuse)
Analyse morphologique des ruptures
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Examen microfractographique
(Microscope Electronique à Balayage)
•Caractérisation du faciès de décohésion
Ductile, fragile ou fatigue
Mesure de distances inter stries
Caractérisation d’éventuels défauts
Analyse morphologique des ruptures
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Différents types de rupture
-Rupture par fissuration rapide (ruptures brutales)
-Ductile
-Fragile
-Semi-fragile
-Rupture par fissuration progressive
-Fatigue
Analyse morphologique des ruptures
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1. Premier cas
C’est une rupture ductile
● Les déformations plastiques sont importantes
● Le faciès est à nerfs ou en biseau
Caractères généraux des ruptures brutales
Sollicitations monotones croissantes ou statiques
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Domaines : Elastique, Plastique, …
Comportements : Ductile, Fragile
Essai de traction
Ductile
Striction
Domaine
élastique
Domaine
plastique
Re
Rm
F/S0
Fragile Re Rm
Durcissement
plastique
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Rupture ductile - Faciès à « nerf »
Faciès d’aspect mat et fibreux
(prédominance d’arrachement)
X 1000
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Analyse morphologique des ruptures
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Rupture par fissuration rapide
Rupture ductile
•Ce type de rupture est souvent la conséquence d’un dysfonctionnement.
•Obtenue par dépassement des charges admissibles.
Analyse morphologique des ruptures
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2. Deuxième cas
C’est une rupture fragile
● Le faciès est à grains
● Les déformations plastiques sont inexistantes
Caractères généraux des ruptures brutales
Sollicitations monotones croissantes ou statiques
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Rupture fragile
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Rupture fragile
• Pas de déformation plastique (Re Rm)
• Propagation rapide des fissures
• Intergranulaire (Décohésion intergranulaire favorisée par
ségrégations ou précipitations aux joints
de grains, …) Fragilisation du joint de
grain)
• Transgranulaire
(Clivage suivant plans cristallographiques
spécifiques : plans de clivage)
Faciès à grains : brillant
(par opposition à ductile : aspect mat)
Re = Rm
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Microscope Electronique à Balayage
Faciès inter-granulaire Faciès transgranulaire
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Rupture brutale
Sollicitation de traction
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Rupture brutale
Sollicitation de compression
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3. Troisième cas
C’est une rupture semi-fragile
● Les déformations plastiques sont faibles ou inexistantes
● Le faciès est décoré de reliefs
Caractères généraux des ruptures brutales
Sollicitations monotones croissantes ou statiques
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1. Les reliefs marquent le sens de la propagation
Ils rayonnent depuis l’amorce
2. Les sommets des chevrons pointent vers l’amorce
Localisation du site d’amorçage
sur les ruptures semi-fragiles
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journée portes ouvertes 31/5/2013
Rupture se produisant en plusieurs étapes
Initiation ou Amorçage
Fissuration progresive
Rupture finale
Mode de rupture le plus répandu
Ruptures de fatigue
sous sollicitations répétées
d’origine mécanique ou thermique.
Caractères généraux des ruptures
par fissuration progressive
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Deux zones distinctes :
● une (des) zone(s) de fissuration progressive
● une zone de rupture finale brutale.
Caractères généraux des ruptures
par fissuration progressive
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La (les) zone(s) de fissuration progressive :
● une ou plusieurs amorces.
● une superficie plus ou moins grande suivant
le taux de chargement et le matériau,
● des lignes frontales ou d’arrêt,
● un aspect lisse et soyeux,
Caractères généraux des ruptures
par fissuration progressive
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Point de départ ou foyer de la fissuration A
● internes.
ou
● externes (les plus fréquentes),
Les causes sont :
On le représente par :
Amorçage des ruptures
par fissuration progressive
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Elles ont deux causes principales :
A
b) les variations de régimes.
a) les arrêts de machine,
Elles sont représentées par :
Elles sont inexistantes si :
a) pas de modification de régime,
b) amplitude de chargement très élevé,
c) matériau peu ou pas ductile
(fontes, aciers très résistants, etc …)
Les lignes d’arrêt
ou lignes frontales
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Stries de fatigue
visibles au MEB
Caractères généraux des ruptures
par fissuration progressive
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Rupture de fatigue en flexion rotative
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Flexion rotative Traction
Caractères généraux des ruptures
par fissuration progressive
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Les causes :
•Conception
Tenue en fatigue non calculée Zones de concentration de contraintes (rayon insuffisant, rugosité…)
•Métallurgie
Défaut matière Défaut de traitement thermique Contraintes internes (de tension)
•Mécanique
Usure Vibrations
•Environnement
Corrosion…
Caractères généraux des ruptures
par fissuration progressive
journée portes ouvertes 31/5/2013
1. Qu’est ce que la corrosion ?
2. Les formes de corrosion
3. Exemple - Etude de cas
Les défaillances par corrosion
journée portes ouvertes 31/5/2013
Qu’est ce que la corrosion ?
ENVIRONNEMENT MATERIAU
SURFACE
REACTION DE CORROSION
Dégradation ou transformation du matériau et de ses propriétés par
réaction physico-chimique avec l’environnement
CORROSION: Corrodere = ronger, attaquer
La CORROSION traduit donc L’INTERACTION entre la SURFACE d’un
MATERIAU et son ENVIRONNEMENT
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LA CORROSION AFFECTE
TOUS LES MATERIAUX :
• Matériaux Métalliques • Organiques (polymères) • Minéraux (céramiques)
Qu’est ce que la corrosion ?
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• Nature du matériau • Composition chimique • Propreté inclusionaire • Mode d’élaboration • Mode de mise en forme • Etat métallurgique • Etat de surface • …
COMPORTEMENT A LA
CORROSION
PARAMETRES PHYSIQUES
ENVIRONNEMENT CHIMIQUE
MATERIAU
SOLLICITATIONS MECANIQUES
Condition de service
Conception
Mise en œuvre
• T°, pression, • Convection, agitation, stagnation, aération
Comportement d’un matériau à la corrosion dépend d’une multitude de facteurs
• Nature (atmosphères, eaux, sols humides,…) • Composition, exposition, pH, O2, bactéries
• Contraintes (statiques, dynamiques,…) • Chocs, Frottement,
Propreté de surface
• Période d’arrêt • Fréquence des maintenances
• Soudage • Huile de lubrification • Peinture
• Géométrie des pièces • Type d’assemblage
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Milieux aqueux
Eaux Eaux de mer, estuaires, rivières, eaux potables,…
Milieux chimiques Acides, bases, milieux neutres, effluents,…
Atmosphère Humide, industrielle, marine, rurale,…
Alimentation Biologie, conserverie, biomédical,…
Milieux non aqueux
Liquides organiques
Métaux fondus
Sels fondus, laitiers,…
Gaz
Vapeur Humide, sèche
Oxygène Température ambiante ou à chaud
Fumées Industrielles, incinérateurs,…
Divers H2S, SO2, SO3, NH3, CO, CO2 ,CH4…
Milieux environnants rencontrés dans l’utilisation des métaux
Comportement d’un matériau à la corrosion dépend d’une multitude de facteurs
journée portes ouvertes 31/5/2013
1. Qu’est ce que la corrosion ?
2. Les formes de corrosion
3. Exemple - Etude de cas
Les défaillances par corrosion
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Première manifestation tangible de la corrosion est d'ordre visuel
La corrosion Des manifestations diverses et variées
La norme ISO 8044 distingue différents types de corrosion liés:
- à la manière dont elles se manifestent - au mécanisme mis en œuvre - au milieu corrosif
Transformation de l’acier en rouille
Oxydation (ternissement) d’un contact électrique en cuivre
Fragilisation par l’hydrogène d’un acier à haute résistance mécanique
Gonflement d’un polyéthylène en contact avec un solvant
Attaque d’un verre minéral par une solution alcaline
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Corrosion érosion/abrasion
Corrosion cavitation
La corrosion De nombreuses formes
Corrosion Intergranulaire
Corrosion sélective
La connaissance des formes de corrosion renseigne sur l’origine du phénomène, sa gravité et les différents remèdes possibles
Corrosion généralisée ou uniforme
Corrosion galvanique
Corrosion bactérienne
Micro-organismes
Paramètres hydrodynamiques
Sollicitations mécaniques « Fragilisation par hydrogène »
Corrosion sous contrainte
Fatigue corrosion
Fretting corrosion
Corrosion par piqûres
Corrosion caverneuse
État de surface
Matériaux - Acier inoxydable - Acier au carbone
- Cuivre, Nickel - Aluminium
Environnement - Milieux aqueux
- Milieux atmosphériques - Milieux chimiques
- Sols, Gaz,…
- Rugosité - Propreté de surface
Corrosion Haute Température
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Corrosion sous contrainte Fissuration sous contrainte
Fissures contraintes rupture
action combinée d’un milieu corrosif et de contraintes de traction statiques
perte de matière très faible
sournois et très dangereux
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FISSURES
INTERGRANULAIRES
FISSURES
TRANSGRANULAIRES
Corrosion sous contrainte Fissuration sous contrainte
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Couples matériau métallique - milieu
Les milieux susceptibles de provoquer la CSC sont très variables et dépendent des matériaux utilisés, du niveau de contraintes appliquées, de la température du milieu
« corrosif », de l’état de surface du matériau…etc…
Métaux et alliages Milieu
Aciers au carbone NaOH, nitrates, mélanges acides H2SO4
et HNO3,…
Aciers inox Solutions halogénées (chlorurées),
vapeur d’eau
Cu et alliages Solutions ammoniacales,
eau, vapeur d’eau
Al et alliages Solutions chlorurées,
air, vapeur d’eau,…
Corrosion sous contrainte Fissuration sous contrainte
journée portes ouvertes 31/5/2013
• FACIES – Fatigue
• rupture sous cycles de contraintes répétées (contraintes < à la limite d ’élasticité)
– Fatigue corrosion
• diminution de la résistance à la fatigue en milieu corrosif
• CAUSES • cycles à basses fréquences • amorçage : défaut de surface par exemple (rôle de point
d ’accumulation de contraintes)
Fatigue - Corrosion
journée portes ouvertes 31/5/2013
1. Qu’est ce que la corrosion ?
2. Les formes de corrosion
3. Exemple - Etude de cas
Les défaillances par corrosion
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