L’anisotropie du tenseur de contraintes résiduelles a été évaluée en comparant les pro-fils de contrainte résiduelle mesurés parallèlement et perpendiculairement à la direction d’usinage. L’étude des résultats d’une campagne de mesures faite sur l’acier 25MnCr-SiVB6 dans le cadre des travaux de [Guillemot, 2010] et pour une vingtaine de cas d’usi-nage nous permet d’identifier deux familles :
– Des profils dont les contraintes, même extrémales, restent faibles (inférieures en valeur absolue à une centaine de MPa), et pour lesquels aucune différence sensible n’est observée selon la direction de mesure.
– Des profils dont les contraintes, selon la profondeur, peuvent dépasser la centaine de MPa pour en atteindre plusieurs centaines, en compression ou en traction, et sur lesquels une nette différence est visible entre les profils mesurés parallèlement et perpendiculairement à la direction d’avance. Dans ces cas-là, le profil mesuré perpendiculairement est décalé en compression par rapport à celui mesuré parallè-lement, avec des facteurs allant jusqu’à 2 entre les deux.
Ces deux cas sont illustrés par les figures 1.28(a) et 1.28(b).
Dans les cas où les contraintes résiduelles atteignent des niveaux suffisamment impor-tants (en traction ou en compression), il faut donc noter que leur influence peut être plus ou moins importante selon la direction de chargement.
Il a été question plus tôt dans ce chapitre de la largeur de corde, qui peut être re-liée à l’écrouissage. Pour un point de mesure donné, elle est constante quelle que soit la direction de mesure.
Thèse de Doctorat - Rôle de l’intégrité de surface dans la tenue en fatigue d’un acier bainitique après fraisage de finition
Conclusion du premier chapitre 51 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 50 100 150 200 Con train te résiduelle (MP a) Profondeur (µm) σyy σxx
(a) Contraintes résiduelles élevées
-150 -100 -50 0 50 100 150 0 50 100 Con train te résiduelle (MP a) Profondeur (µm) σyy σxx
(b) Contraintes résiduelles faibles
FIGURE1.28: Contraintes résiduelles selon la direction de mesure
Ceci laisse d’ailleurs penser qu’elle est représentative de l’écrouissage isotrope, usuel-lement caractérisé par un scalaire, plus que de l’écrouissage cinématique, caractérisé par un tenseur.
5 Conclusion du premier chapitre
Dans ce premier chapitre, nous avons cherché à caractériser l’intégrité de surface des pièces usinées. En premier lieu, quelques résultats issus de la littérature, et notamment d’une précédente thèse menée au LMT-Cachan et au LURPA, ont été présentés. Ces ré-sultats ont permis de limiter les contours de notre étude expérimentale.
La caractérisation microgéométrique des surfaces, à partir de topographies obtenues par machine à mesurer et capteur optique, a été abordée. Deux méthodes de caractérisation sont ainsi envisagées pour la suite de l’étude :
– Une première avec les paramètres standard de rugosité surfacique, que nous avons calculés sur différentes éprouvettes qui seront testées en fatigue (CHAPITRE2). De nouvelles éprouvettes fabriquées avec une direction d’usinage différente ont ainsi été caractérisées, et permettront de compléter les résultats précédents.
– Une seconde méthode moins courante consistant à compter directement les profon-deurs d’entailles observées sur un profil de rugosité 2D relevé dans la direction de chargement, afin d’utiliser la distribution de profondeurs obtenue en entrée d’un modèle probabiliste basé sur la mécanique de la rupture (CHAPITRE4).
Nous nous sommes ensuite intéressés à l’évaluation des contraintes résiduelles par Diffraction des Rayons X. Cette partie des travaux de thèse a été menée avec un double
objectif : participer à la mise en place d’un nouveau moyen au LMT-Cachan, et obtenir de nouveaux résultats.
Le premier objectif a été atteint avec la reproduction de résultats existants sur banc de mesure d’une part, et avec la réussite de mesures DRX à différentes étapes d’un essai de traction d’autre part. Bien que cela ne présente pas d’intérêt majeur relativement au contexte de la fatigue, pour lequel les déformations plastiques sont faibles voir nulles, il est intéressant d’avoir pu observer l’évolution des contraintes résiduelles en fonction de la plasticité.
Enfin, le second objectif est également rempli avec la mesure d’un gradient de contraintes résiduelles à une échelle proche de celle caractérisant la microgéométrie. Ces mesures confortent des résultats précédents, avec une meilleure maîtrise de la méthodo-logie employée.
En vue de la campagne d’essais de fatigue qui est présentée au chapitre suivant, le caractère anisotrope des différentes propriétés de l’intégrité de surface a été considéré.
En ce qui concerne la microgéométrie, une attention particulière a été apportée à l’ob-servation des défauts en fond de vallées. Selon les cas d’usinage considérés, la profondeur et l’orientation de ceux-ci varie, ce qui laisse présager un effet différent de la direction dans lesquelles les surfaces seront sollicitées.
De plus, le contrôle de la micro-géométrie d’éprouvettes nouvellement usinées a per-mis de mettre en évidence que même avec des conditions d’usinage fixées, le procédé n’est pas parfaitement répétable, et laissait la place à de sensibles différences.
Pour finir, quelques profils de contraintes résiduelles ont été présentées, montrant un écart entre les deux composantes principales du tenseur. Cet écart est susceptible de faire varier l’effet des contraintes résiduelles selon la direction de chargement.
Thèse de Doctorat - Rôle de l’intégrité de surface dans la tenue en fatigue d’un acier bainitique après fraisage de finition
Chapitre 2
Étude expérimentale
en fatigue à grand nombre de cycles
Sommaire
1 Mise en œuvre d’une campagne d’essais de fatigue . . . 54 1.1 Réalisation des éprouvettes . . . 54 1.2 Machines d’essai et montages de flexion 4 points . . . 56 2 Analyse des résultats de la campagne . . . 58 2.1 Comparaison des courbes de Wöhler . . . 59 2.2 Fractographies au Microscope Électronique à Balayage . . . 64 3 Corrélation avec les paramètres de rugosité 3D . . . 66 3.1 Premières observations . . . 66 3.2 Facteur de concentration de contrainte en fatigue . . . 67 4 Conclusion du chapitre 2 . . . 72
L’objectif de ce deuxième chapitre est de mettre en évidence expérimentalement l’ef-fet du fraisage de finition sur le comportement en fatigue, et plus spécifiquement de dis-criminer les effets des différents aspects de l’intégrité de surface (contraintes résiduelles, microgéométrie), ainsi que l’anisotropie éventuelle des phénomènes mis en jeu.
Une campagne d’essais de fatigue a été initiée en ce sens par [Guillemot, 2010] avec l’étude de quatre séries d’éprouvettes, dont la réalisation mettait en jeu différents pa-ramètres (conditions de coupe, traitement thermique). Cette campagne a été complétée dans le cadre de notre étude par trois nouvelles séries, réalisées dans des conditions com-parables afin de permettre la comparaison de tous les cas étudiés.
1 Mise en œuvre d’une campagne d’essais de fatigue
Les essais réalisés dans cette campagne sont de type flexion 4 points, avec un rapport de charge Rσ = 0, 1. Ce type de chargement a été choisi afin de maximiser l’effet de la surface.
Pour chaque série d’éprouvettes (au minimum douze par série), la limite de fatigue à 2.106cycles est tout d’abord déterminée suivant la méthode de l’escalier (Staircase) avec un minimum de 7 éprouvettes. Les éprouvettes restantes sont ensuite testées à des niveaux de contraintes plus élevés.