Définition

Le mécanisme de rupture est un processus mécanique produisant au sein d'un matériau une discontinuité locale de matière appelée fissure.

La mécanique de la rupture a pour objet l'étude du comportement mécanique d'un matériau en présence de fissures macroscopiques.

On distingue deux types de rupture

La rupture fragile

la rupture fragile est caractérisée par l'absence de déformation plastique macroscopique, et donc par la propagation très rapide possible présente des fissures, et Consommation d'énergie très faible. Au point de vue microscopique, la rupture fragile se caractérise par un processus de rupture localisé essentiellement à l'intérieur des grains (rupture transgranulaire[2][1]), le long de plans atomiques bien définis (Fig 1).

Fig1 : rupture transgranulaireInformations[3]

Faciès de rupture fragile

Les faciès caractéristiques de rupture, déterminés généralement à l'aide de microscopie optique de grande agrandissement ou électronique à balayage. Fig2

Fig 2 : Faciès de rupture fragileInformations[4]
Allure de diagramme charge-déplacement

la rupture fragile est caractérisée par l'absence de déformation plastique macroscopique, fig 3[5]

Fig 3 : Allure de diagramme charge-déplacemenInformations[6]

La rupture ductile

la rupture ductile liée essentiellement à la présence d'inclusion. Dans ce mode de rupture, la déformation plastique macroscopique est importante et requiert beaucoup d'énergie pour rompre une pièce.

Le mécanisme microscopique de la rupture ductile consiste en trois étapes (Fig 4)

  • dé cohésion de la matrice métallique autour d'inclusions, de taille typique de quelques µm, et donc création d'une cavité.

  • grossissement de cavités par plasticité.

  • coalescence des cavités et formation d'un défaut macroscopique.

Fig4 : mécanisme de la rupture ductileInformations[7]

Faciès de rupture ductile

La rupture ductile est précédée d'une déformation plastique importante : l'aspect est granuleux, on observe souvent des cupules liés à une décohésion autour des inclusions, photo obtenue par MEB .fig5

Fig5 : Faciès de rupture ductileInformations[8]
Remarque

Les points noirs sont des inclusions qui augmentent avec l'augmentation des forces ou contraintes

Allure de diagramme charge-déplacement

Dans ce mode de rupture, la déformation plastique macroscopique est importante .fig 6[5]

Fig 6 : Allure de diagramme charge-déplacementInformations[9]

Modes de rupture

La fissuration se manifeste par la séparation irréversible d'un milieu continu en deux parties, appelées lèvres de la fissure, ce qui introduit une discontinuité au sens des déplacements. Les mouvements possibles des lèvres de chaque fissure sont des combinaisons de trois modes indépendants .fig 7[5]

Fig 7 : Modes de ruptureInformations[10]
conception de la ruptureInformations[11]

Mode I : ouverture ou clivage, les surfaces de la fissure se déplacent perpendiculairement au plan de fissure ;

Mode II : cisaillement plan, glissement de translation : les surfaces de la fissure se déplacent dans le plan de fissure et dans une direction perpendiculaire au front de fissure ;

Mode III : cisaillement anti-plan, glissement de rotation : les surfaces de la fissure se déplacent dans le plan de fissure et dans une direction parallèle au front de la fissure.