Effets chimiques

Suite à la mise en forme par rectification, plusieurs phénomènes chimiques peuvent avoir lieu tels que l’oxydation ou le transfert de matière par diffusion ou par collage. L'oxydation se manifeste essentiellement par des brulures visibles en diverses zone de la surface rectifiés (Malkin, 1998),(Hamdi, 2000),(Malkin and Guo, 2007a),(Malkin, S. Guo, 2008),(Brosse, 2009),(Z. Wang et al., 2019). Les transferts peuvent se produire dans les deux sens, à savoir de la meule vers la pièce ou de la pièce vers la meule. Des copeaux peuvent rester coincés dans les pores de la meule (Figure I-31) (Demir et al., 2010). Ce phénomène est une sorte de rechargement de la meule. Ainsi, la meule perd de son pouvoir de coupe et le phénomène thermomécanique sont alors intensifiés (Malkin, 1998),(Hamdi, 2000).Un cycle de dressage et d'avivage de la meule est alors indispensable (Malkin, 1998).Par ailleurs, dans l'interface meule/pièce des abrasifs libres arrachés de la meule sont susceptibles de causer des dégâts tel que de l’écaillage (Figure I-32) sur la surface de la pièce (Suzuki et al., 2007).

(a) (b)

Figure I-31. (a)Encrassement de la meule par de la matière provenant de la pièce et arrachement de matière de la meule (Herzenstiel and Aurich, 2010), (b) remplissage de porosité de la meule par de la matière provenant de la

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Figure I-32. Arrachement de matière de la surface d’une pièce rectifiée (Wenfeng et al., 2010). I.3.2.5 Effets mécaniques

L’effet thermomécanique du procédé de rectification modifie la dureté et les contraintes résiduelles en surface et en sous couche de la pièce usinée.

• Modification de la microdureté

Dans les paragraphes précédents, il a été montré que les chargements mécanique et thermique au moment de l’enlèvement de matière conduisent à des changements microstructuraux. Ceux-ci augmentent la microdureté en surface et en sous-couche de la pièce rectifiée. D'autres phénomènes cités tels ceux qui s'apparentent à des revenus locaux, sont à l'origine d'une diminution de la microdureté vis-à-vis de celle du métal de base. En somme, les microduretés en surface et en sous couche dépendent des conditions de rectification telle que la vitesse de la pièce (Figure I-33) mais aussi de l’épaisseur du coupeau (Alonso et al., 2015) et de l’énergie de rectification surfacique (Figure I-34).

Figure I-33. Dureté de surface en fonction de l’énergie surfacique de rectification pour différentes vitesses de la pièce (Alonso et al., 2015).

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Figure I-34. Profondeur de pénétration de la dureté de l’acier 42CrMo4 en fonction de l'energie surfacique de rectifcation(Alonso et al., 2015).

La rectification améliore la dureté de la pièce jusqu’à une profondeur bien déterminée. Cette profondeur peut être égale à l’épaisseur de la couche blanche qui est équivalente à la zone 1 de la Figure I-35. La dureté dans cette zone est presque 10% plus élevée que la dureté de la pièce initiale.

Figure I-35. Résultats de microdureté Vickers sur le 100Cr6 (Brosse, 2009).

Il est vrai que la couche blanche est caractérisée par une dureté plus élevée que la dureté du matériau avant rectification. Cela n’empêche qu’elle peut aussi être à l’origine de la fragilité de

Yasmine CHARFEDDINE 31 la pièce tant elle est le lieu d’apparition de fissures et des stries (Figure I-36) qui sont néfastes à la durée de vie de la pièce (Brosse, 2009).

L’origine des fissures peut être une contrainte trop élevée en sous-couche entrainant un durcissement excessif alors que les stries peuvent être dues à une surchauffe excessive du matériau.

(a) (b)

Figure I-36. Endommagement d’une pièce en 100Cr6 par rectification : (a) apparition de fissuration, (b) apparition de stries (Brosse, 2009).

• Contraintes résiduelles

Les contraintes résiduelles notés 𝜎_𝑅 sont des contraintes multiaxiales qui persistent à la température ambiante et en l’absence de tout chargement extérieur. Les contraintes résiduelles proviennent des sollicitations thermomécaniques induites par les procédés de fabrication. Les contraintes résiduelles obtenues suite au procédé de rectification sont souvent de traction (Mamalis, Kundrak and Gyani, 2002),(Ling et al., 2020) lorsque de très hautes valeurs de températures sont générées par l’outil de coupe (Hamdi, Zahouani and Bergheau, 2004),(Malkin and Guo, 2007a),(Malkin, S. Guo, 2008),(Youssef et al., 2011b),(Zhang et al., 2016),(Z. Wang et al., 2019) sans qu’il y ait forcément de changement de phase. Les contraintes résiduelles sont de compression lorsque l’échauffement de la pièce n’est pas très important ou dans le cas d'échauffement intense avec changement de phase (Hamdi, Zahouani and Bergheau, 2004). Les contraintes de compression sont favorables à la durée de vie de la pièce en limitant ou retardant la propagation des fissures, de corrosion sous contrainte et en améliorant la tenue à la fatigue (Matsumoto et al., 1991),(Yang, Richard Liu and Grandt, 2002),(Hashimoto, Guo and Warren, 2006),(Rajasekaran et al., 2009),(Guo, Warren and Hashimoto, 2010),(Xu et al., 2019).

32 Yasmine CHARFEDDINE Après rectification, les contraintes résiduelles initialement présentes suite au processus d’usinage peuvent être transformées en contraintes résiduelles de compression, c'est le cas pour un matériau très dur tel l'acier rapide supérieur (Figure I-37) mais aussi de traction (Figure I-38) cela dépend des conditions de rectification.

Figure I-37. Contrainte résiduelle avant et après rectification cylindrique de la pièce en acier rapide (Sallem and Hamdi, 2015).

Plusieurs paramètres du procédé de rectification influent sur les résultats de contraintes résiduelles tel que la profondeur de coupe (Figure I-38), la vitesse de la pièce (Figure I-39) et la vitesse de meule (Brosse, 2009), (Sallem and Hamdi, 2015), (Ji, K., Zhang, X., Yang, S., Shi, L., Wang, S., & Wu, 2017).

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Figure I-39. Contraintes résiduelles mesurées pour différentes vitesses de la pièce (Sallem and Hamdi, 2015).

La lubrification a aussi un effet sur les contraintes résiduelles vu que la lubrification permet de réduire les contraintes résiduelles de traction et même d’obtenir des contraintes résiduelles de compression alors qu’elles étaient de traction pour les mêmes paramètres de rectification mais sans lubrification (Figure I-40).

Figure I-40. Influence de la lubrification sur les contraintes résiduelles pour une rectification plane de pièces sans et avec lubrification (Brosse, 2009).

Le type de meule utilisé influe sur les contraintes résiduelles de compression (Figure I-41). Pour une meule SiC et pour des profondeurs de coupes de 0.04mm et 0.07 mm, les contraintes résiduelles sont de traction en surface et en profondeur alors qu’elles sont de compression lorsque la meule utilisée est de type CBN et pour les mêmes paramètres de rectification.

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Figure I-41. Résultats de contraintes résiduelles après rectification de l’acier AISI 1045 pour différents profondeur de coupe et deux types de meule (Ji, K., Zhang, X., Yang, S., Shi, L., Wang, S., & Wu, 2017).