Rôle des phénomènes de surface dans la rupture adhésive et cohésive

Equipe de Mécanique des Surfaces du C.N.R.S. L.C.P.C., 58, Bd. Lefebvre 75732 Paris Cedex 15, France.

Résumé

On examine l’influence des environnements gazeux ou liquides et de la ségrégation sur la cinétique de propagation lente des fissures dans un solide ou à un interface. L’adsorption de molécules à la pointe de la fissure, là où les surfaces sont encore dans le champs des forces de cohésion ou d’adhésion (pointe de Barenblatt) modifie les contraintes considérables qui s’exercent dans cette pointe, et par là-même l’énergie dissipée dans le matériau quand ce champ de contrainte se déplace avec la fissure. Les courbes taux de restitution de l’énergie-vitesse de fissure se translatent donc en fonction de l’adsorption, mais la cinétique de diffusion ou la cavitation limite généralement ces effets aux faibles vitesses de fissure. Mais quand le milieu peut suivre la pointe de fissure jusqu’à la vitesse critique correspondant à l’apparition d’une instabilité de propagation (rupture brutale) on peut observer des effets de fragilisation. Ce modèle peut fournir une alternative à celui de la corrosion sous contrainte qui explique la propagation lente des fissures par une cinétique de réaction chimique.

Abstract

The influence of gaseous or liquid environments and of segregation on the kinetics of slow crack growth in a solid or at an interface is examined. The adsorption of molecules at the very crack tip, where the surfaces are still in the field of cohesion or adhesion forces (Barenblatt tip) modifies the huge forces acting inside that tip, hence the energy dissipated when this stress field is moved with the crack. So, the curves of strain energy release rate vs crack velocity are shifted by adsorption, but kinetics of diffusion of active species, or cavitation generally limit that effect to the slow crack velocities. However, when the surrounding medium can follow the crack tip up to the critical velocity at which the unstability of crack propagation appears (catostrophic failure), embrittlement effects can be observed. This model can offer an alternative to that of stress corrosion which explains slow crack growth by kinetics of chemical reactions.