La fissuration par délamination est un phénomène critique et complexe dans l'analyse des défaillances et la conception des performances des matériaux métalliques.Il peut soit servir de précurseur à des dommages structurels catastrophiques, soit être ingénieusement exploité comme un moyen d'améliorer les performances des matériaux.Cet article élabore systématiquement sur les types, les mécanismes, les facteurs d'influence et les applications de pointe de la fissuration par délamination dans les matériaux métalliques.fournissant une perspective globale de l'industrie.

1Six morphologies des phénomènes de délamination
La délamination, en tant que terme large, englobe différents modes de séparation interne des matériaux.
a) Délamination des fissures (également connue sous le nom de "split"): L'objet de recherche principal de cet article.Il fait référence à la séparation interne des composants contenant des fissures qui est perpendiculaire à la surface principale de la fissure mais parallèle à la direction de propagation de la fissureLa fracture anisotrope est une caractéristique typique des matériaux métalliques.
b) Délamination de l'arrêteur de fissure: La surface de séparation est perpendiculaire à la fois à la surface principale de fissure et à la direction de propagation.Ce type de délamination peut empêcher efficacement la propagation de la fissure principale et est bénéfique pour améliorer la résistance à la fracture des structures dans des conditions spécifiques..
(c) déchirure lamellaire: un problème typique dans l'ingénierie du soudage. Il se produit dans les joints soudés à plaque épaisse, présentant des fissures graduées le long de la direction de l'épaisseur de la plaque,qui est étroitement liée à la distribution des inclusions dans les plaques laminées et les contraintes de soudage.
(d) Délamination induite par l'usure: un mode de défaillance courant dans le domaine de la tribologie.Cela conduit à la spallation des matériaux..
e) Craquage interlaminaire dans les matériaux composites: Le principal mode de défaillance des stratifiés composites renforcés de fibres, se référant à la séparation des interfaces entre les couches.
f) Délamination de fabrication additive: un défaut de séparation des couches intermédiaires causé par un stress thermique ou une mauvaise fusion lors de l'impression 3D métallique.
2Le processus fondateur des phénomènes de délamination.
Le traitement par contrôle thermo-mécanique (TMCP) est la technologie de base pour la production de tôles d'acier de haute performance modernes.et la vitesse de refroidissementEn effet, il est possible d'obtenir une microstructure raffinée, ce qui améliore simultanément la résistance et la ténacité des matériaux.Ce processus est également susceptible de former des caractéristiques anisotropes dans les matériaux.Il y a aussi des structures en bandes et des textures cristallographiques, qui peuvent devenir des points d'initiation pour la délamination dans certaines conditions.L'évolution des microstructures dans les aciers de pipeline de la ferrite traditionnelle à la perlite à des structures avancées telles que la ferrite aciculaire moderne et la bainite a été observée.Il y a des structures qui présentent des sensibilités différentes à la délamination.
3Observations macroscopiques et microscopiques de la délamination
3.1 Performance macroscopique
Dans les tests mécaniques pratiques, les phénomènes de délamination présentent des caractéristiques macroscopiques distinctes.la surface de fracture des échantillons de dureté de fracture de type SE (B) de l'acier DH36 montre des bandes de séparation perpendiculaires au plan de fracture principalDans les tests de traction, la fracture de spécimens de barres rondes peut présenter un motif d'étoile radiale, tandis que les spécimens de plaques plates montrent des fractures lamellaires parallèles.reflétant l'influence de la géométrie du spécimen et de l'état de stress sur la morphologie de la délamination.
32 Origines microscopiques
Les observations microscopiques révèlent les origines potentielles de la délamination. L'acier ASTM 516 Gr. 55 non corrodé contient des inclusions de silicate allongées et fragmentées.qui s'étendent le long de la direction du roulement pendant le processus de roulementLa structure corrodée montre une structure typique de bandes de ferrite/perlite.Les inclusions allongées et les structures bandées fournissent des sites de nucléation et de propagation préférentiels pour la délamination..
4Cadre de classification de la délamination
Basé sur les règles de dénomination pour les orientations des échantillons dans la norme ASTM E1823 (la première lettre indique la direction de chargement, et la deuxième lettre indique la direction de propagation de la fissure),La délamination peut être classée en trois catégories.:
Délamination des fissures: Correspondant à des spécimens orientés T-L et L-T, avec la surface de délamination perpendiculaire à la surface des fissures mais parallèle à la direction de propagation des fissures.
Délamination de l'arrêteur de fissure: Correspondant aux spécimens orientés T-S et L-S, avec la surface de délamination perpendiculaire à la surface de fissure et à la direction de propagation.
Délamination en plan: Correspondant à des spécimens orientés S-L et S-T, avec la surface de délamination située dans le plan principal de la fissure.
Cette méthode de classification associe directement les types de délamination aux orientations standard des spécimens, fournissant un cadre unifié pour la conception expérimentale et l'analyse des résultats.
5Mécanismes de formation de la délamination: influence des facteurs métallurgiques
Les propriétés intrinsèques des matériaux forment la base du comportement de délamination, et les caractéristiques métallurgiques spécifiques augmentent considérablement la sensibilité du matériau à la délamination.
Structure en bandes: caractéristique typique de l'acier laminé à chaud et un facteur métallurgique important conduisant à la délamination.formant une structure en couches parallèle à la direction du roulementL'inhomogénéité de cette structure entraîne des différences dans les propriétés du matériau dans différentes directions.Ce qui le rend susceptible de se séparer le long de ces interfaces faibles lorsqu'il est soumis à des charges dans des directions spécifiques..
La texture cristallographique: un autre facteur clé affectant la sensibilité à la délamination.Surtout quand des plans de clivage spécifiques (comme les plans 100) sont très concentrés sur la surface de roulementLes dépôts d'eau peuvent augmenter considérablement la tendance à la fracture fragile des matériaux dans la direction de l'épaisseur, favorisant ainsi la délamination.
6Température et stress: déclencheurs externes de délamination
Même si des conditions potentielles de délamination existent à l'intérieur du matériau, des environnements externes spécifiques sont nécessaires pour le déclencher.La température et l'état de stress jouent un rôle crucial dans ce processus..
Effet de température: Pour de nombreux métaux structurels, en particulier les aciers cubiques au corps centré (BCC), la température a une influence décisive sur leur comportement de fracture.La courbe de transition ductile-fragile typique est divisée en une région ductile.Les phénomènes de délamination se produisent le plus souvent dans la région de transition et la partie initiale de la région supérieure de la plateforme.où le matériau est dans un état de transition de ductile à fragile.
L'effet de l'état de stress: du point de vue de la mécanique des fractures, les composants de stress spécifiques sont la force motrice directe de la propagation de la délamination.la contrainte de traction de l'épaisseur de traversée σz est le principal facteur mécanique qui conduit à la délamination des fissuresPour les orientations S-L/S-T, la tension σy dans le plan favorise la délamination dans le plan.
7Performance et influence de la délamination dans les tests mécaniques
Les tests mécaniques standardisés sont les principaux moyens d'observer et d'évaluer le comportement de la délamination, avec différentes méthodes de test révélant différents aspects de la délamination:
Tests de traction: Dans les matériaux à anisotropie élevée, les spécimens de barres rondes peuvent présenter des fractures en forme d'étoile, tandis que les spécimens de plaques plates présentent des fractures lamellaires, toutes deux enracinées dans l'anisotropie du matériau.
Tests d'impact de Charpy: dans des conditions d'impact à basse température, un grand nombre de bandes de séparation perpendiculaires à l'encoche apparaissent sur la surface de la fracture.qui modifient le mécanisme d'absorption d'énergie en libérant la contrainte de contrainte à la pointe de la fissure.Pour les spécimens orientés L-S, la délamination de l'arrêteur de fissure déflecte et ramifie le chemin principal de la fissure,augmentation significative de la résistance à la propagation des fissures et résultant en une absorption d'énergie d'impact plus élevée.
Impact sur la température de transition ductile-fragile: Les données expérimentales montrent clairement que les spécimens avec délamination ont une température de transition ductile-fragile significativement réduite.Les événements de délamination microscopiques améliorent la ténacité macroscopique des matériaux en atténuant les contraintes..
8Le durcissement par délamination: un nouveau paradigme dans la conception des matériaux.
La science moderne des matériaux est passée de la simple évitement des défauts à la conception active et à l'utilisation de microstructures spécifiques, et le durcissement par délamination est une pratique réussie de ce concept.Grâce à une composition précise et un contrôle du processus.Les structures à couches contrôlées peuvent être construites dans des matériaux pour introduire activement l'effet de durcissement par délamination.
A variety of advanced high-strength steels have been developed that integrate delamination toughening with mechanisms such as transformation-induced plasticity (TRIP) and heterogeneous deformation-induced strengtheningCes matériaux conservent une résistance ultra-haute tout en possédant une excellente résistance à la fracture, brisant le compromis traditionnel entre la résistance et la ténacité des matériaux.
L'alliage Fe-0.05C-5Mn-3Al: Avec des microstructures α' et α allongées, il atteint une résistance au rendement de 517 MPa, une résistance à la traction de 807 MPa, et une résistance à la traction de 807 MPa.et une absorption d'énergie d'impact de 73 J par durcissement par délamination par arrêt de fissure (CADT) et durcissement par fraction (ST)..
L'alliage Fe-0.05C-5.0Mn-0.5Si-1.4Ni-0.12V: doté d'une phase α allongée ultra-fine et de phases γ/α résiduelles, il a une résistance au rendement de 745 MPa, une résistance à la traction de 1199 MPa, et une résistance à la traction de 1199 MPa.et une excellente ténacité à basse température grâce au CADT..
9Conclusions et idées clés
Les phénomènes de délamination sont étroitement liés à l'anisotropie du matériau causée par l'arrangement orienté des plans faibles pendant le processus de laminage, les températures spécifiques et la triaxialité des contraintes.En raison de la complexité de la délamination elle-même.En raison de l'interaction entre divers facteurs et variables micromécaniques, et de leur hasard, établir des modèles prédictifs est extrêmement difficile.
La délamination (en particulier la scission) survenant dans les échantillons de test de déchirure à Charpy V-notch et à déchirure par chute de poids (DWTT) n'est généralement pas considérée comme un problème clé dans la caractérisation des matériaux, mais elle peut être considérée comme un facteur important dans la détermination des caractéristiques des matériaux.Mais l'évaluation des événements de délamination dans les tests de résistance aux fractures est confrontée à des défis en raison de l'absence de critères et de méthodes standardisés pour le phénomène "pop-in" de délamination..
Recent research on ductile delamination (DT) as an external toughening mechanism has changed the traditional perception that delamination events are directly equivalent to low fracture toughness and adverse effects on metal mechanical properties.
La signification des événements de délamination observés dans les tests de laboratoire pour l'intégrité structurelle des composants réels porteurs dépend de l'état de contrainte interne des composants.La délamination indique une anisotropie significative du matériau..
La délamination en plan (qui peut réduire considérablement la ténacité du matériau) peut se produire parallèlement à la surface de laminage (c.-à-d. les orientations S-L et S-T).dans les applications où les composants structurels sont soumis à de grandes contraintes de traction dans la direction transversale courte (direction de l'épaisseur)En revanche, dans les applications telles que les pipelines et les récipients sous pression, le stress de direction de l'épaisseur est généralement négligeable.et l'importance de la délamination en plan est relativement faible..
L'impact des événements de délamination dans des environnements difficiles (tels que les environnements contenant de l'hydrogène) reste incertain.induit par des facteurs tels que la température de transition ductile-fragile (DBT)Cependant, dans de tels contextes, la délamination est également interprétée comme un phénomène potentiel de durcissement ou bénéfique.soulignant la nécessité d'une recherche complète sur le rôle de la délamination dans la mécanique des dommages.