Study of the early stages of fatigue in iron by muon spin rotation spectroscopy and the magneto-acoustic technique
Étude des stades précoces de la fatigue du fer par la spectroscopie de rotation de spin du muon et la technique magnéto-acoustique
Résumé
Muon spin spectroscopy and the magneto-acoustic technique allowed us to study the early stages of iron fatigue. We considered the cyclic strain-hardening damage model which successively implements the accommodation (creation of dislocations) and stabilisation (slippage of dislocation arrangements and creation of lacunar-type defects) phases. The mean field seen by the muon and the rate of depolarisation of its spin are respectively sensitive to the delocalised and localised magnetic moments which are respectively affected by the modifications of the dislocation arrangement and the density of point defects (lacunae) and linear defects (dislocations). For a stress amplitude above the elastic limit, our results show a saturation of the density of dislocations produced while the production of vacancies continues. A similar evolution is observed for the values of the difference between the remanent magnetizations measured immediately after loading and after a subsequent demagnetization of the specimen. The field variation corresponding to the stabilisation allows us to determine the value of the internal stress induced by fatigue. The magneto-acoustic measurements indicate a residual compression state of the fatigued specimens and vary proportionally to the magnitude of the loading stress.
La spectroscopie de rotation de spin du muon et la technique magnéto-acoustique nous ont permis l'étude des stades précoces de la fatigue du fer. Nous avons considéré le modèle d'endommagement par écrouissage cyclique qui met successivement en œuvre les phases d'accommodation (création de dislocations) et de stabilisation (glissement des arrangements de dislocations et création de défauts de type lacunaire). Le champ moyen vu par le muon et le taux de dépolarisation de son spin sont respectivement sensibles aux moments magnétiques délocalisés et localisés qui sont respectivement affectés par les modifications d'arrangement des dislocations et la densité de défauts ponctuels (lacunes) et linéaires (dislocations). Pour une amplitude de la contrainte de sollicitation supérieure à la limite élastique, nos résultats mettent en évidence une saturation de la densité de dislocations produites alors que la production de lacunes se poursuit. Une évolution similaire est observée pour les valeurs de la différence entre les aimantations rémanentes mesurées immédiatement après charge et après une désaimantation consécutive de l'éprouvette. La variation de champ correspondant à la stabilisation nous permet de déterminer la valeur de la contrainte interne induite par la fatigue. Les mesures magnéto-acoustiques indiquent un état de compression résiduelle des éprouvettes fatiguées et varient proportionnellement à l'amplitude de la contrainte de sollicitation.