Tenue en fatigue des éprouvettes avec 2 entailles inclinées

inclinées

Les résultats d’essai ont été présentés pour les éprouvettes de référence et les éprouvettes possédant une entaille. Cette partie va présenter ceux des éprouvettes possédant 2 entailles inclinées. Ainsi, le Tableau III-5 présente les résultats d’essai bruts de ces éprouvettes. Le même code couleur que précédemment a été conservé : les rayons de fond d’entaille de 50 µm sont en bleu, ceux de 200 µm en rose et ceux de 500 µm en jaune. Les entailles qui serviront de comparaison au fretting-fatigue sont donc en rose. Le nombre de cycles par palier (N0) n’étant pas le même pour toutes les éprouvettes de cette partie, la valeur de N0 pour chaque éprouvette figure dans ce tableau. Rappelons que c’est la comparaison au fretting-fatigue qui motive le passage d’un N0 de 5.106 cycles à 106 cycles car les essais de fretting-fatigue sont effectués par paliers de 106 cycles.

Ce tableau permet donc de définir la limite de fatigue des éprouvettes qui serviront à faire la comparaison avec le fretting-fatigue :

#_,.,;9%

.= 10 , / ^ Y Y4+ 2 Y€ 24• 24éY€ q = 200 μx = 43 b Et celle pour l’éprouvette D9 :

#,.,;^9% .= 10 , / ^ Y Y4+ 2 Y€ 24• 24éY€ q = 500 μx = 54 b

Tableau III-5 : Résultats des essais mécaniques pour les éprouvettes avec 2 entailles inclinées La Figure III-40 permet de visualiser ces résultats d’essai sur les courbes SN calculées précédemment pour les 3 rayons de fond d’entaille. En première analyse, il est logique que les points expérimentaux pour les éprouvettes avec 2 entailles soient en dessous de ceux avec une entaille. D’une part, le fait d’avoir 2 entailles multiplie par 2 les zones d’amorçages potentielles mais surtout, la profondeur plus importante des entailles inclinées (sauf pour l’éprouvette C20) induit une concentration de contrainte plus importante et donc un abattement sur la limite de fatigue.

L’éprouvette C20 est particulièrement intéressante de par sa proximité avec la courbe SN des éprouvettes avec une entaille avec ρ=50 µm. En effet, la géométrie des entailles de cette éprouvette ne permet pas de réelle interaction entre les entailles. Il est donc intéressant de remarquer qu’à rayon de fond d’entaille égal et à profondeur égale, l’inclinaison des entailles ne modifie pas la réponse mécanique de l’éprouvette (du fait que les entailles n’interagissent pas l’une avec l’autre). Cette

Eprouvette C19 C20 D03 D08 D09 D10 D11 D13 D14 D15 ρ (en µm) 50 50 200 200 500 200 200 200 200 200 P 1250 500 1000 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 θi 30 25 35 40 40 40 40 40 40 40 N0 5,00E+06 1,00E+06 1,00E+06 1,00E+06 1,00E+06 1,00E+06 1,00E+06 1,00E+06 1,00E+06 1,00E+06 Chargements 31 51 62 47 34 34 34 34 34 34 successifs 55 41 41 41 41 41 41 (Contrainte max) 59 47 47 47 47 47 47 (en Mpa) 64 54 71 78 86 94 104 114

N au dernier palier 5,86E+05 9,37E+05 Entre 5.10⁴ et 10⁶ 3,39E+05 9,02E+05 3,22E+05 9,02E+05 2,00E+04 6,50E+04 5,85E+05

Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage constatation expérimentale est en accord avec les calculs éléments finis effectués et présentés sur la Figure II-16.

On peut aussi voir qu’il y a une faible dispersion sur les éprouvettes qui servent à la comparaison avec le fretting-fatigue, en effet, les essais rompent tous au même palier de chargement. Cela permet de faire une moyenne assez précise des σD de ces éprouvettes. Le calcul donne 43 MPa (en contrainte appliquée loin des entailles dans la direction de sollicitation au maximum de chargement à R=0,1). Cette valeur servira notamment de base de comparaison avec les limites de fatigues obtenues lors des essais de fretting-fatigue. Il est aussi intéressant de noter que les éprouvettes avec les plus faibles nombres de cycles au dernier palier de chargement (D13 et D14) avaient amorcé des fissures au palier précédent. En effet, dans les 2 cas le vibrophore a enregistré des baisses significatives de la fréquence de résonnance vers la fin du palier précédent (de 0,5 à 1Hz de chute).

Figure III-40 : Points expérimentaux des éprouvettes entaillées, effet d’une seconde entaille inclinée sur la limite de fatigue

Les limites de fatigue des éprouvettes représentant le fretting-fatigue ainsi que de l’éprouvette D9 permet de tracer le profil de la contrainte de Mises pour un tel chargement. Ces profils seront tracés sur le même graphique que les autres éprouvettes (Figure III-39. Il est important de noter que les limites de fatigue sont calculées à 106 cycles pour les éprouvettes avec deux entailles (pour être en accord avec les essais de fretting) et 5.106 cycles pour les autres. La Figure III-41 présente ces résultats. Les contraintes locales en fond d’entaille sont beaucoup plus basses pour les éprouvettes Possédant deux entailles inclinées profondes. Il est vrai que le fait d’avoir 2 entailles peut abaisser légèrement la résistance à la fatigue par un effet d’échelle (on modifie par 2 la surface de fond d’entaille). Ce fait ne devrait pourtant pas affecter autant les résultats (-33% sur les contraintes locales si l’on compare avec l’éprouvette possédant une entaille du même rayon). Les imperfections géométriques présentées dans le chapitre précédent ne peuvent pas non plus expliquer cette différence. Une des explications possibles serait une mauvaise prise en compte des conditions aux limites. En effet, il est important de souligner que le ligament restant étant très fin (environ 1 mm) sur ces éprouvettes, le moindre

Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage

Figure III-41 : Profils de la contrainte de Mises des éprouvettes avec 1 ou 2 entailles pour un chargement correspondant à la limite de fatigue

Le Chapitre IV reviendra sur ces différences de contraintes locales quand différents critères de fatigue auront été testés. Pour le moment, ces différences ne seront pas plus étudiées.

La comparaison est aussi possible entre les profils des contraintes à la limite de fatigue pour les éprouvettes possédant 2 entailles inclinées et les éprouvettes de fretting-fatigue. Comme dans la partie 5.2.3 du Chapitre II, les éprouvettes de fretting-fatigue FFG12 et FFG13 ont été choisies pour la comparaison. Il s’agit de résultats d’essais et de calculs de champs des contraintes de [FERRY2017]. Elles ont été testées dans les mêmes conditions (données dans la partie 5.3.2 du Chapitre II). Le nombre de cycles à rupture de ces éprouvettes est respectivement de 495 225 et 765 950 cycles. Les éprouvettes entaillées possédant 2 entailles inclinées avec ρ=200 µm (éprouvettes de comparaison au fretting-fatigue) et l’éprouvette C19 qui possède 2 profondes entailles inclinées à 25° et ρ= 50 µm. Cette dernière éprouvette a été choisie car elle représente mieux les champs de contraintes du fretting-fatigue. Son nombre de cycles à rupture est de 586 000, ce qui est comparable aux éprouvettes de fretting-fatigue.

La Figure III-42 présente la répartition des contraintes équivalentes de Crossland de ces 3 types d’éprouvette lors des essais réalisés. Les 3 répartitions de contraintes sont assez proches les unes des autres pour des durées de vie comparables. Le profil des contraintes de Crossland dans le cas du fretting est globalement légèrement inférieur aux essais sur entaille (environ -20% si l’on compare avec le cas ρ=50 µm). Les effets d’échelle pourraient entre autres expliquer un écart dans ce sens. En effet, la zone sollicitée est beaucoup plus grande sur les éprouvettes de fretting-fatigue. Cela devrait avoir pour effet d’abaisser les contraintes à appliquer pour atteindre la limite d’endurance.

Chapitre III Amorçage et propagation en présence de micro-entailles usinées par meulage

Figure III-42 : Comparaison des champs de contraintes en fretting-fatigue et en fatigue sur des

éprouvettes possédant 2 entailles micrométriques en fatigue à grand nombre de cycles (5.105<N<106)

À retenir

►Les essais ont permis d’obtenir les limites de fatigue suivantes :

►#,.,;^9% .= 5. 10 , q = 50μx = 101 b ►#,.,;^9% .= 5. 10 , q = 200μx = 158 b ►#_,.,;9%

.= 5. 10 , q = 500μx = 190 b

►#,.,;^9% .= 10 , / ^ Y Y4+ 2 Y€ 24• 24éY€ q = 200μx = 43 b ►#_,.,;9%

.= 10 , / ^ Y Y4+ 2 Y€ 24• 24éY€ q = 500μx = 54 b

►Dans le domaine étudié (géométrie, chargement, …) il n’y a pas de plasticité en fond d’entaille à la limite de fatigue

►Cela n’exclut pas de la plasticité dans les grains

►Les sollicitations au-dessus de la limite de fatigue peuvent produire de la plasticité

►La comparaison entre les éprouvettes possédant 2 entailles inclinées et les éprouvettes de fretting fatigue montre que les contraintes de Crossland locales sont environ 20% plus basses dans le cas du fretting-fatigue