Les éprouvettes cylindriques utilisées pour les essais de fatigue en traction-traction et traction-compression (sous les rapports R -1 et 0,1), dont la géométrie a été définie pour obtenir σ un coefficient de concentration de contrainte de 1,035 au maximum (figure 2. 14), ont été ébauchées sur un tour conventionnel puis finies sur un tour à commande numérique RTN20 de marque RAMO. L’usinage de finition a été réalisé sans lubrifiant de façon à éviter une source supplémentaire de dispersion dans les résultats d’essais de fatigue liée à la variation de la qualité de l’interaction entre le lubrifiant et la surface de l’éprouvette.
Figure 2. 14: Géométrie d’éprouvette cylindrique
Les éprouvettes plates utilisées lors des essais de fatigue en flexion plane 4 points, dont la géométrie est donnée le figure 2. 15, ont été ébauchées, chanfrein compris, sur une fraiseuse CN. La surface fonctionnelle des éprouvettes a ensuite été usinée sur un étau limeur de type RS-55 de marque HERMES.
2.3.1) Prélèvement des ébauches
2.3.1.1) Alliage 2214-T6
Tous les barreaux ébauchés, prismatiques et cylindriques, fournis par MESSIER- BUGATTI ont été prélevés dans une roue. Ils ont été prélevés sur la périphérie, suivant la direction de forgeage. Pour des raisons de confidentialité, nous ne pouvons reproduire le plan de prélèvement de ces barreaux.
2.3.1.2) Alliage 7050-T7451
Le matériau 7050 nous a été fourni par AIRBUS sous la forme d’une plaque laminée de 2020 mm de longueur, 580 mm de largeur et 150 mm d’épaisseur. Ces dimensions sont à la base de la définition des directions L (long), TL (travers long) et TC (travers court).
Figure 2. 16: Définition des directions principales de la plaque de 7050.
Comme il a été dit dans la bibliographie (chapitre 1), l’alliage 7050 présente une microstructure texturée et des propriétés mécaniques anisotropes et, dans le cas de plaque épaisse, les propriétés mécaniques changent suivant la profondeur. Nous avons donc dans un premier temps, mesuré la dureté Vickers à l’aide d’un microduromètre du type MVK-H1 de marque
2020 mm 1 5 0 m m L TL TC
90 diamantée calibrée à 6µm. Les essais de micro-dureté ont été réalisés avec une masse de 500g (appliquée pendant 20 secondes) afin de maximiser les écarts de tailles d’empreinte et minimiser les effets de la préparation de la surface. Cette mesure de l’évolution de la dureté dans l’épaisseur de la plaque a mis en évidence une différence notable entre la surface et le cœur de la plaque (figure 2. 17). Nous avons donc prélevé les ébauches des éprouvettes prismatiques de sorte que les surfaces utiles présentent des propriétés à peu près homogènes, tout en cherchant à minimiser la perte de matière. Par ailleurs, nous avons fait en sorte que la contrainte de flexion soit orientée parallèlement au sens travers long. Le plan de prélèvement, précisant la position respective des surfaces utiles sur les ébauches est donné figure 2. 18 pour les éprouvettes prismatiques.
150 160 170 180 190 0 30 60 90 120 150 Epaisseur de la Plaque (mm) M ic ro -d u re té ( H V , 5 0 0 g ) Zone d'étude Zone d'étude
Figure 2. 18: Plan de prélèvement des éprouvettes prismatiques – Positions des surfaces utiles.
De la même façon, les éprouvettes cylindriques ont aussi été prélevées dans la plaque de sorte que la contrainte appliquée soit orientée parallèlement au sens travers long. Des barreaux de 110x22x22 mm3 ont été prélevés dans l’épaisseur dans les zones correspondant à la position des surfaces utiles des éprouvettes prismatiques.
2.3.2) Conditions d’usinage pour la finition des éprouvettes
Pour toutes les éprouvettes, l’usinage de finition a été effectué sans lubrifiant. Les surfaces des éprouvettes prismatiques ont été usinées sur un étau-limeur sur lequel nous avons placé un outil à plaquette carbure rapportée, identique à celui utilisé pour le tournage de finition des éprouvettes cylindriques.
Deux types de plaquettes ont été utilisées pour réaliser les surfaces finales des éprouvettes de fatigue, aussi bien sur l’étau-limeur que sur le tour CNC : des plaquettes SCGT 09 T3 04 1L et SCGT 09 T3 08 1L, de marque Safety. La géométrie de ces plaquettes est illustrée figure 2. 19a. Le rayon de bec d’outil est de 0,4 et 0,8 mm respectivement. Ces plaquettes possèdent 4 arêtes de coupe et sont prescrites pour l’usinage de l’aluminium et du titane. Le domaine d’utilisation de ces plaquettes est fourni par le fabricant (figure 2. 19b). Pour minimiser l’effet de l’usure de l’outil sur la qualité de la surface usinée, une nouvelle arête de coupe a été utilisée pour l’usinage de chaque surface.
92 Ces conditions de coupe sont issues d’un plan d’expérience mené dans le cadre des travaux sur la tenue en fatigue de l’alliage 7010 en relation avec l’état de surface [32].
Paramètres d’usinage Faible rugosité Forte rugosité
Avance 0,1 mm 0,3 mm
Rayon de bec 0,8 mm 0,4 mm
Vitesse de coupe 40 coups/min 40 coups/min
Profondeur de passe 0,5 mm 0,5 mm
Tableau 2. 7: Conditions de coupe utilisées pour la réalisation des surfaces plane à l’étau-limeur.
Paramètres d’usinage Faible rugosité Forte rugosité
Avance 0,1 mm 0,2 mm
Rayon de bec 0,8 mm 0,4 mm
Vitesse de coupe 180 m/min 180 m/min
Profondeur de passe 0,5 mm 0,5 mm
Tableau 2. 8: Conditions de coupe utilisée en tournage.
2.3.3) Parachèvement des éprouvettes de fatigue prismatiques
Les éprouvettes prismatiques présentent un chanfrein longitudinal de 12° sur les deux cotés, comme le montre la figure 2. 15. Une fois la surface utile terminée, ces deux chanfreins sont polis à la main avec du papier abrasif de grade 240 puis de 320 de façon à estomper les stries d’usinage en bord de surface et à éviter ainsi les concentrations de contrainte liées aux arêtes vives des chanfreins.