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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



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


•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%



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



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.



Analyse morphologique des ruptures

L’analyse de défaillance


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)



Examen microfractographique

(Microscope Electronique à Balayage)

•Caractérisation du faciès de décohésion

Ductile, fragile ou fatigue

Mesure de distances inter stries

Caractérisation d’éventuels défauts



Différents types de rupture

-Rupture par fissuration rapide (ruptures brutales)

-Ductile

-Fragile

-Semi-fragile

-Rupture par fissuration progressive

-Fatigue



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


Domaines : Elastique, Plastique, …

Comportements : Ductile, Fragile

Essai de traction

Ductile

Striction

Domaine

élastique

Domaine

plastique

Re

Rm

F/S0

Fragile Re Rm

Durcissement

plastique


Rupture ductile - Faciès à « nerf »

Faciès d’aspect mat et fibreux

(prédominance d’arrachement)

X 1000


Rupture par fissuration rapide

Rupture ductile

•Ce type de rupture est souvent la conséquence d’un dysfonctionnement.

•Obtenue par dépassement des charges admissibles.



2. Deuxième cas

C’est une rupture fragile

● Le faciès est à grains

● Les déformations plastiques sont inexistantes




Rupture fragile


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


Microscope Electronique à Balayage

Faciès inter-granulaire Faciès transgranulaire


Rupture brutale

Sollicitation de traction


Rupture brutale

Sollicitation de compression


3. Troisième cas

C’est une rupture semi-fragile

● Les déformations plastiques sont faibles ou inexistantes

● Le faciès est décoré de reliefs




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


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


Deux zones distinctes :

● une (des) zone(s) de fissuration progressive

● une zone de rupture finale brutale.




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,




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



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


Stries de fatigue

visibles au MEB




Rupture de fatigue en flexion rotative


Flexion rotative Traction




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…




1. Qu’est ce que la corrosion ?

2. Les formes de corrosion

3. Exemple - Etude de cas

Les défaillances par corrosion


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


LA CORROSION AFFECTE

TOUS LES MATERIAUX :

• Matériaux Métalliques • Organiques (polymères) • Minéraux (céramiques)

Qu’est ce que la corrosion ?


• 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


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


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


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


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


FISSURES

INTERGRANULAIRES

FISSURES

TRANSGRANULAIRES



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,…



• 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


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