Contrôle des états de surfaces

La partie 2.4 a mis en avant l’importance de l’état de surface et la nécessité de le contrôler. Cette partie présentera les résultats de ces contrôles. Ces valeurs ont plusieurs objectifs dans l’étude :

►Avoir une comparaison (partielle) entre les états de surface des éprouvettes de référence et éprouvettes entaillées

►Finir la définition des éprouvettes utilisées (rappelons que l’état de surface est un paramètre d’ordre 1 sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles)

Chapitre II Caractérisation des entailles : état de surface et état de contraintes

répertoriées ici mais ne pourront pas faire l’objet de comparaison avec le fretting-fatigue dans cette thèse. Les 2 paramètres étudiés ici sont la rugosité et les contraintes résiduelles.

4.3.1. Rugosité

La rugosité a été contrôlée sur deux éprouvettes différentes. Une éprouvette avec une micro entaille de 50µm de rayon et une éprouvette « de référence ». L’objectif de doubler la mesure était de vérifier si la rugosité des surfaces n’était pas modifiée par le passage d’une meule très fine (pour les micro-entailles) à une meule très large. Les mesures ont été effectuées par un microscope interférométrique qui permet notamment d’avoir une forte résolution en profondeur. Les images faites sur l’éprouvette possédant un rayon de fonds d’entaille de 50 µm (a), ont dû subir un redressement (b) afin de s’affranchir du rayon de fond d’entaille. L’analyse a ensuite été menée de la même façon sur les deux éprouvettes. La Figure II-32 présente les différentes observations réalisées par interférométrie et le Tableau II-5 les jeux de paramètres de rugosité calculés.

Figure II-32 Observation des surfaces meulées au microscope interférométrique

Symbole Nom de la variable Entaille ρ=50µm Meulage plan (lisse)

Sa Ecart moyen arithmétique de la surface 0,52µm 0,69µm

Sq Ecart moyen quadratique de la surface 0,69µm 0,88µm

Sp Hauteur max des pics de la surface 4,57µm 2,33µm

Sv Profondeur max des vallées de la surface 2,14µm 3,55µm

St Profondeur totale de la surface 6,71µm 5,88µm

Sz Hauteur « des dix points » de la surface 6,69µm 5,87µm

Tableau II-5 : Paramètres de rugosité attenant au meulage

Ce tableau montre bien que les valeurs des paramètres de rugosité calculées pour les deux éprouvettes sont du même ordre. Seules les valeurs « maximales » diffèrent de façon significative, les valeurs

Chapitre II Caractérisation des entailles : état de surface et état de contraintes

moyennes restant à environ 20% de différence. On peut conclure que les profils de rugosité sont proches entre les éprouvettes lisses et les fonds des micro-entailles. C’est un élément important afin de valider l’approche globale effectuée dans le but d’avoir des résultats « de référence » sur des éprouvettes lisses sans concentration de contrainte. En effet, pour que cette approche soit cohérente, il est nécessaire que les états de surface (microstructure, rugosité et contraintes résiduelles) soient les mêmes en fond d’entaille et sur les éprouvettes de référence.

La comparaison avec les éprouvettes de fretting-fatigue devrait être faîte a posteriori dans la suite du projet COGNAC.

4.3.2. Contraintes résiduelles

Dans la même idée que pour la rugosité, les contraintes résiduelles ont été mesurées pour permettre une comparaison avec les éprouvettes de fretting-fatigue. Deux autres points ont été mis en avant pour justifier ce contrôle :

►Vérifier l’hypothèse que la procédure mise en place produisait de faibles niveaux de contraintes résiduelles

►Vérifier s’il y avait de la relaxation des contraintes résiduelles pendant l’essai

Ces questionnements ne faisant pas partie des axes principaux de l’étude, il a été décidé qu’une procédure avec une faible précision était suffisante. La diffraction des RX a été choisie. La norme NF EN 15305 été utilisée pour procéder à l’analyse des mesures. Les analyses ont été effectuées sur 2 éprouvettes « de référence » (cf 3.3.1). Une de ces éprouvettes n’avait pas été testée mécaniquement et l’autre a été observée après rupture (sur une zone loin du faciès de rupture). Les observations sont faîtes selon les 2 directions de la surface. Notons « longitudinale » la direction de la sollicitation et transverse la direction orthogonale. L’analyse des contraintes se fait en surface et à 10 µm de profondeur. La méthode possède une incertitude de 10 % sur la profondeur analysée et de 50 MPa sur les contraintes. Ces mesures ont été réalisées par Safran Aircraft Engines.

Le Tableau II-6 indique les valeurs de contraintes résiduelles obtenues.

Tableau II-6 : Contraintes résiduelles mesurées avant et après essais

La première observation qui peut être faite sur ces résultats est que les contraintes résiduelles sont faibles. Les valeurs de contraintes sont du même ordre de grandeur que l’incertitude de mesure (50 MPa contre environ 100 MPa avant essai). Il est donc difficile d’analyser finement les valeurs obtenues. Néanmoins, il est observé que la préparation de surface induit une légère compression en surface et à 10 µm de profondeur dans les 2 directions (éprouvette B6). Ces contraintes semblent aussi se relaxer pendant l’essai jusqu’à devenir négligeables dans le sens longitudinal et avoir une légère traction dans le sens transverse après essai. Ces résultats permettent de valider le fait que la procédure utilisée pour préparer les surfaces induit peu de contraintes résiduelles. Dans la suite de l’étude, les contraintes résiduelles dans le sens longitudinal pourront être négligées vu que leurs valeurs sont assez faibles et

Sens longitudinal Sens transverse Sens longitudinal Sens transverse

0 -110 ( ± 50) -70 ( ± 50) 0 0 ( ± 50) 100 ( ± 50)

10 ± 1 -90 ( ± 50) -130 ( ± 50) 10 ± 1 -10 ( ± 50) 80 ( ± 50)

Eprouvette B6 Eprouvette C1

Avant essais Après essais

Chapitre II Caractérisation des entailles : état de surface et état de contraintes

Les éprouvettes de fretting-fatigue n’ont pas encore été étudiées vis-à-vis des contraintes résiduelles présentes avant essais et après le début des essais. Les comparaisons effectuées dans ce domaine pourraient dans l’avenir être d’une grande utilité dans la compréhension des ressemblances et différences entre fretting-fatigue et entailles. On peut en effet penser que les différences dans le mode de sollicitations modifieront le comportement de ces contraintes résiduelles. Les micro-entailles n’ont pas non plus pu être analysées, la méthode d’analyse ne pouvant être appliquée à des entailles très aigues. L’hypothèse sera faite que les micro-entailles possèdent des contraintes résiduelles du même niveau que les éprouvettes plates et qu’elles pourront être négligées.