Dans le cas des structures de trains d’atterrissage ou des éprouvettes qui sont tes-tées au cours de ce travail, les géométries de type bord libre seront présentes sous forme de coins et d’arêtes. On étudiera le cas du coin des éprouvettes de fatigue à base carrée (KBR) dans le chapitre 4. La connaissance des contraintes résiduelles dans les différentes partie des pièces en service ou des éprouvettes que l’on va tester dans le chapitre 4 semble donc particulièrement importante pour l’analyse des résultats de tenue en fatigue qui seront obtenus.
L’objectif est donc de caractériser (grâce aux méthodes développées et validées ci-dessus) l’état de contraintes résiduelles en subsurface des éprouvettes KBR qui seront testées ensuite en fatigue. Les analyses seront effectuées sur les faces puis sur les coins des éprouvettes pour étudier l’influence de la géométrie sur les contraintes résiduelles de grenaillage (figure 2.41). On effectue tout d’abord une analyse des contraintes rési-duelles en face des éprouvettes (figure 2.41(a)) après grenaillage F10A avec un recou-vrement de 2.
(a)
(b)
FIGURE2.41 – Localisation des analyses de contraintes résiduelles sur les éprouvettes
KBR en face (a) et en coin (b). La surface impactée par les rayons X est indiquée par le disque orange
La figure 2.42 présente le profil des contraintes résiduelles dans le sens longitudi-nal en fonction de la profondeur sur la face des éprouvettes KBR. On remarque que les niveaux de contraintes sont bien plus élevés que lors des usinages de finition (fi-gure 2.45). Les contraintes de compression maximales sont évaluées à 1050 MPa. Les contraintes résiduelles sont maximales en proche surface. Ce sont des contraintes de compression fortes et qui varient peu sur les 80 µm de proche surface. Elles dimi-nuent ensuite progressivement lorsque l’on s’éloigne de la surface. On observe environ
400 MPa de contraintes résiduelles à 150 µm et une contrainte de compression quasi-ment nulle vers 200 µm de profondeur. On observe sur la courbe un léger phénomène de traction juste en-dessous de la fin de la zone comprimée qui permet l’équilibre des efforts dans la pièce comme ce qui a pu être constaté sur la figure 2.38. Ces profon-deurs et ces niveaux de contrainte de compression résiduelles sont importants pour comprendre l’impact du traitement de grenaillage sur les résultats du chapitre 4 et les liens entre profondeur d’un défaut et durée de vie associée.
FIGURE2.42 – Contraintes résiduelles principales en fonction de la profondeur sur la
face des éprouvettes KBR
On trace de la même manière sur la figure 2.43 les résultats obtenus en contraintes de cisaillement qui sont proche de 0 MPa quelle que soit la profondeur avec des valeurs et des incertitudes variant en proche surface à cause de la microstructure altérée à ces profondeurs.
FIGURE2.43 – Contraintes résiduelles de cisaillement en fonction de la profondeur sur la face des éprouvettes KBR
La largeur des pics de diffraction moyenne est présentée en figure 2.44 et est cohé-rente avec les analyses de contraintes. Ces largeurs de pics sont deux fois plus impor-tantes en très proche surface pour le grenaillage que pour les surfaces usinées. C’est le signe d’un impact plus important du grenaillage, sur la microstructure et sur la plasti-fication des grains, par rapport à l’usinage. Les chocs ou les indentations successifs des billes sont plus impactants pour le matériau et impliquent plus de plasticité et plus de contraintes résiduelles que les chocs et arrachements de copeaux causés par l’usinage.
FIGURE2.44 – Largeur des pics de diffraction en fonction de la profondeur sur la face des éprouvettes KBR
La figure 2.45 permet la comparaison entre l’état de contraintes résiduelles ana-lysées après usinage sur les éprouvettes ci-dessus (en jaune) et après grenaillage en bleu. On remarque que le niveau de compression après grenaillage est 5 fois plus élevé qu’après usinage. De plus la profondeur impactée par les contraintes résiduelles de compression est beaucoup plus importante.
FIGURE2.45 – Comparaison des analyses de contraintes sur éprouvettes usinée et gre-naillée
Le grenaillage sur les surfaces planes des éprouvettes KBR remplit son objectif avec un état de compression résiduelle important en proche surface. On s’attend donc à un fort impact positif de cette étape de grenaillage sur la durée de vie des pièces en ser-vice ou des éprouvettes KBR. Dans le chapitre 4, des éprouvettes grenaillées et d’autres brutes d’usinage sont étudiées. La différence de contraintes résiduelles entre les deux familles sera un des facteurs déterminants de l’étude.
Une des caractéristiques de l’étude présentée dans le chapitre 4 est l’influence de la localisation du défaut sur sa criticité. On compare ici les contraintes résiduelles ana-lysées en face d’éprouvette et en coin (figure 2.41(a-b)).
Les résultats obtenus dans les coins sont présentés en figure 2.46. On remarque tout d’abord que les niveaux de contraintes analysés sont plus faibles qu’en face avec des valeurs de 500 MPa de compression en proche surface qui ne varient pas jusqu’à 100 µm. Cela correspond aux observations de [Jun et Korsunsky, 2010] sur la pointe pour laquelle les contraintes résiduelles après grenaillage sont en compression sur les faces de la pointe et de traction en pointe. La géométrie d’un coin présente des bords qui ne permettent pas d’assurer la continuité des efforts de compression. Comme pour la pointe, on note une réduction des contraintes de compression dans les coins. Ce-pendant aucune contrainte de traction n’a été observée. Plusieurs explications peuvent être données. Tout d’abord, le coin présente une géométrie moins singulière que la pointe, les contraintes de compression des faces attenantes sont plus faciles à compen-ser que pour une pointe. De plus, bien que les coins aient été isolés lors des analyses grâce à un masque ne laissant pas passer les rayons X, le volume d’analyse par DRX
moyenne les contraintes dans le coin et sur les proches surfaces attenantes qui sont elles en compression. Enfin, Le coin présente un congé de raccordement qui atténue la géométrie et les effets de type bords libres.
FIGURE 2.46 – Contraintes résiduelles en fonction de la profondeur sur le coin d’une
éprouvette KBR
La figure 2.47 représente plusieurs analyses de contraintes pour la même éprou-vette sur différents coins. L’intérêt est ici de connaître les variations de contraintes ré-siduelles que l’on peut observer dans les coins. La moyenne est de 550 MPa avec une valeur minimale de 300 MPa et une valeur maximale 800 MPa en compression. Ces variations peuvent s’expliquer par la microstructure de l’alliage et la présence de gros grains (cf. figure 2.3), mais aussi par des variations dans la qualité et la précision du masque.
FIGURE2.47 – Comparatif de contraintes résiduelles dans différents coins d’une éprou-vette KBR
La comparaison des contraintes résiduelles atteste de leur diminution au niveau des coins des éprouvettes KBR par rapport aux faces. Avec des contraintes résiduelles de compression plus faibles, il s’agira de déterminer dans le chapitre 4 l’influence des coins sur la tenue en fatigue des éprouvettes.