Influence des opérations de parachèvement

Les pièces forgées peuvent subir des opérations de parachèvement de trois types : - Obtention du dimensionnel : usinage

- Nettoyage : grenaillage de nettoyage

Par exemple, sur les vilebrequins, les contrepoids sont usinés, et les traitements de renforcement sont principalement la trempe induction ou le galetage. L’opération de galetage consiste à faire rouler plusieurs fois une molette dans la zone à renforcer, en appliquant une force normale à la surface, de manière à venir écrouir la zone. Cette opération peut être simulée avec Forge3® ([DEM06]).

Pour le calcul de fatigue, il est nécessaire d’avoir la géométrie finale de la pièce et les contraintes résiduelles. La géométrie permet d’obtenir les bonnes sollicitations au sein de la pièce. Ainsi, pour la géométrie, il est possible d’utiliser la fonction de Forge3® effectuant une opération booléenne afin d’éliminer les zones qui sont enlevées par usinage dans la réalité. Cette solution ne permet pas de prendre en compte les contraintes résiduelles d’usinage mais elle constitue une bonne alternative. Les zones dans lesquelles le profil de contraintes doit être calculé précisément sont les zones les plus sollicitées, c'est-à-dire celles qui sont renforcées. Il est donc important d’être en mesure de calculer les contraintes résiduelles créées par les opérations de renforcement. Nous avons vu que le galetage pouvait être modélisé. La trempe induction peut, elle aussi, être modélisée. En revanche, le grenaillage ne peut pas être modélisé actuellement avec un logiciel métier. Aucun logiciel de grenaillage n’est en effet commercialisé pour des applications industrielles.

III.5 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons mis en avant l’anisotropie en fatigue de pièces corroyées présentant des inclusions d’une taille importante au sens de Kitagawa. L’analyse des résultats a permis de mettre en évidence une anisotropie majoritairement due à la morphologie allongée des inclusions ainsi qu’une petite partie due aux barrières microstructurales. En traction alternée, seulement 10% de l’anisotropie peut être attribuée aux barrières microstructurales. Cependant, cette part doit être prise en compte, et cela se fait au travers du paramètre dureté dans l’équation de Murakami. Il est alors indispensable d’attribuer une bonne valeur à ce paramètre. Pour des essais sens long, c’est la dureté mesurée en sens travers qui doit être prise alors que pour des essais sens travers, c’est la dureté mesurée dans le sens long qui doit être prise. Par ailleurs, les résultats à 45° nous ont incités à penser que la mesure de dureté à 45° ne convient pas pour un essai de fatigue à 45°. Une valeur de dureté supérieure aux valeurs mesurées dans le sens long et dans le sens travers donnent de meilleurs résultats. Nous avons donc proposé d’introduire un paramètre dureté modifié à 45°, dont la valeur a été déterminée par rapport aux résultats des essais de fatigue. Ce paramètre dureté modifié est un artifice permettant de pallier l’inadéquation du terme de dureté dans l’équation de Murakami, dans le cas que nous avons traité qui concerne un matériau fortement anisotrope au niveau de sa microstructure.

Les conclusions des essais de torsion sont très ouvertes car d’autres essais seraient nécessaires pour expliquer les résultats obtenus. Nous avons fait l’hypothèse que le gradient de contraintes existant pour ce type d’essais était en majeure partie à l’origine des résultats en fatigue plus élevés que prévus. Nous pouvons proposer, pour d’autres études, d’évaluer l’influence du gradient de contraintes pour les essais de torsion. Pour cela, la manière la plus efficace serait de mesurer, pour chaque rupture en fatigue, la profondeur de l’inclusion responsable de la rupture. Cela permettrait de calculer, pour chaque essai rompu, la valeur des contraintes réelles auxquelles l’inclusion a été soumise. Concernant l’effet des barrières microstructurales pour des sollicitations complexes, il serait indispensable de suivre l’évolution des fissures, pour proposer une amélioration du critère.

La mise en œuvre de calculs de fatigue utilisant le critère de Murakami a été réalisée avec Forge®. Le calcul préalable de la mise en forme des pièces permet d’obtenir un fibrage au

sein de la pièce, en utilisant notre modélisation de la déformation des inclusions. On obtient alors bien un comportement anisotrope en fatigue et l’effet généralement bénéfique du fibrage est mis en avant. Toutefois, des limitations existent à cette approche et nous amènent à des remarques :

- La modélisation du fibrage doit faire l’objet d’une étude pour chaque matériau afin de déterminer précisément la déformation des inclusions et prévoir leur fragmentation et ne pas leur attribuer la même déformation que la matrice environnante ;

- Les étapes qui existent après le forgeage doivent bien sur être simulées si elles induisent une modification des contraintes résiduelles, un grenaillage restant le principal point délicat ;

- La géométrie exacte des pièces doit être utilisée et le résultat de la simulation de mise en forme n’est, la plupart du temps, pas suffisamment précis ;

- Les conditions limites doivent pouvoir être appliquées de manière précise, ce qui implique parfois d’utiliser un maillage adapté.

Les deux derniers points nécessitent la mise au point d’une chaîne de simulation qui permette de projeter les résultats de la mise en forme, sur un maillage réalisé avec un outil de CAO avec la géométrie fonctionnelle, avec bien sûr une étape de calcul de l’équilibrage des contraintes résiduelles.

- CHAPITRE IV -