d. Evolution des contraintes résiduelles après traitement

Au sein des matériaux non traités, des contraintes résiduelles sont d’ores et déjà présentes du

fait de l’usinage de la surface des échantillons. Elles augmentent ensuite lors de l’application

des traitements S

³

P. Ces mesures ont été réalisées sur les nuances de 316L, Nitronic60 et

81

circonférentielles sont mesurées. La procédure de détermination des contraintes résiduelles est

présentée en annexe I.7.

Figure 16 : Représentation de la position des mesures et de la détermination des contraintes résiduelles axiales et

circonférentielles avant essai de grippage. L’analyse est réalisée en trois points situés à équidistance du centre de

l’échantillon et pour différents emplacements

On rappelle que les échantillons sont hypertrempés à la suite de la mise en forme des

échantillons. L’usinage de la surface réalisé à la suite du traitement d’hypertrempe induit des

contraintes résiduelles, ce qui explique le taux de contraintes résiduelles important en condition

non traité (Tableau 13).

Tableau 13 : Contraintes résiduelles mesurées en axial et en circonférentiel pour les nuances de 316L, Nitronic60 et 17-4PH

avant essai de grippage en condition non traitée et traitée K33 ou M

On remarque que les contraintes résiduelles de compression observées pour le 316L et le

Nitronic60 en l’absence de traitement sont élevées, que ce soit en axial ou en circonférentiel.

On remarque que le 17-4PH en revanche présente en l’absence de traitement une contrainte

axiale faible. Les mesures n’ont pas été réalisées sur l’Uranus45N.

A l’issue du traitement K33 ou M de la surface, les contraintes résiduelles de compression

augmentent significativement, de l’ordre de 700 MPa pour les contraintes axiales. Le traitement

M induit une augmentation des contraintes résiduelles moindre par rapport au traitement K33,

en particulier selon la circonférence. La marge d’erreur indiquée dans le cas des traitements est

approximative et indique la difficulté de mesure dans ce cas précis.

En synthèse, les traitements thermochimiques K33, KD et M ont pour effet une augmentation

importante de la dureté en proche surface, dépassant 10 GPa (≈ 1000 HV). Cette augmentation

de la dureté va de pair avec une augmentation du paramètre de maille de l’ordre de 2%, ainsi

que des contraintes résiduelles de compression de l’ordre du gigapascal en extrême surface.

82

III. Synthèse

En synthèse de ce chapitre, les différentes techniques expérimentales employées au cours de

cette thèse ont été décrites. La caractérisation de la surface des échantillons sera réalisée lors

des chapitres suivants par profilométrie optique 3D. La caractérisation de la microstructure se

fera par le biais d’analyses MEB, BSD, EBSD et MET, tandis que les phases en présence seront

déterminées par DRX et EBSD. Pour finir, la composition chimique sera analysée par EDS.

Au cours de ce chapitre, les six nuances d’aciers inoxydables sélectionnées dans ce projet ont

été décrites. Le 316L est un acier austénitique sélectionné comme référence dans ce projet de

par sa forte utilisation dans l’industrie. L’acier 316LN a une composition chimique et des

propriétés mécaniques proches du 316L à l’exception d’un renforcement en azote. Le 316L est

ensuite comparé au Nitronic60, acier austénitique réputé pour sa résistance élevée au grippage.

L’acier AISI660 présente des carbures de titane au sein d’une solution solide et a été sélectionné

pour examiner les effets associés à la présence des carbures. L’acier martensitique à

renforcement structural 17-4PH a été sélectionné pour examiner les effets associés à la nature

des phases en présence. Pour finir, l’Uranus45N permet pour étudier le comportement d’un

acier dual phase lors d’un essai de grippage.

Ces échantillons ont été caractérisés à la fois à l’état de réception et après traitement

thermochimique de surface de type S

³

P. Plusieurs variantes de ces traitements existent en

fonction de la nuance traitée. Les traitements thermochimiques à basse température K33

(cémentation), KD (cémentation) et M (nitrocarburation) sont appliqués aux différentes

nuances et l’impact de ces traitements sur les propriétés des matériaux a été mis en évidence.

83

[1] E. J. Abbott and F. A. Firestone, “Specifying surface quality: a method based on accurate

measurement and comparison,” Mechanical Engineering, pp. 569–572, 1933.

[2] S. Johansson, P. H. Nilsson, R. Ohlsson, C. Anderberg, and B.-G. Rosén, “New cylinder

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sliding behavior of AISI 316L: Low-temperature carburizing with a DLC (a-C:H) topcoat,”

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[5] J. Wang, H. Zou, C. Li, R. Zuo, S. Qiu, and B. Shen, “Relationship of microstructure

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[6] J. H. Dumbleton and J. A. Douthett, “The unlubricated adhesive wear resistance of

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[9] P. Jacquot, B. Stauder, and J. Varlet, “Amélioration des propriétés tribologiques d’aciers

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[10] “Brochure commerciale : ‘Spotlight S3P Ductility’, Société Bodycote.” .

[11] S. R. Collins, P. C. Williams, and S. V. Marx, “Low-temperature carburization of

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[12] “Brochure commerciale : ‘Spotlight : Surface hardening of martensitic and Precipitation

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[13] B. Stauder, P. Jacquot, G. Prunel, O. Rey, and M. Buvron, “Influence de la cémentation :

basse température sur la résistance au grippage et à l’usure des aciers inoxydables

austénitiques,” Trait. Therm., vol. 349, pp. 27–30, 2003.

[14] O. Rey and P. Jacquot, “Kolsterising: Hardening of austenitic stainless steel,” Surf. Eng.,

Chapitre 3

85

Avant-propos ... 86

Introduction ... 87

Dans le document Grippage des aciers inoxydables : influence de la nature des matériaux, de la microstructure et des traitements thermochimiques de surface (Page 85-90)