Etude de l'influence de l'intégrité de surface en tournage de l'acier 15-5PH sur la tenue en fatigue en flexion rotative PDF Download
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Author: Vincent Chomienne Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 175
Book Description
Ce mémoire présente une méthode visant à mettre en évidence l'influence de l'intégrité de surface obtenue en tournage, sur la fatigue de l'acier 15-5PH. Le travail réalisé consiste à développer des moyens d'obtention de surfaces à intégrités maitrisées, puis à réaliser des essais de fatigue pour observer l'influence des paramètres d'intégrité. Les procédés de tournage et de galetage sont utilisés pour obtenir des lots d'éprouvettes possédant différentes intégrités de surfaces. Ces éprouvettes sont ensuite toutes caractérisées, en rugosité et contraintes résiduelles, de manières non destructives. Certaines éprouvettes font l'objet d'analyses complémentaires pour caractériser l'état de la matière sous la surface. Ces analyses permettent de constituer des lots d'éprouvettes possédant des caractéristiques de surfaces très proches. Toutefois, il a été mis en évidence une très grande sensibilité de l'intégrité de surface générée, vis-à-vis du diamètre de la pièce usinée, ce qui se traduit par une dispersion importante des intégrités de surface obtenues. Les lots constitués sont ensuite testés en fatigue sur une machine de flexion rotative (R = -1) selon la méthode Staircase. Cette méthode permet de déterminer la limite d'endurance avec 50 % de probabilité de rupture pour un nombre de cycles donné. Les résultats sont ensuite confrontés aux intégrités de surface des lots pour déterminer les caractéristiques les plus influentes. Une comparaison des données expérimentales est réalisée avec les modèles de la littérature. Il est montré que ces modèles ne parviennent pas à décrire de manière satisfaisante le comportement en fatigue vis à vis de la rugosité ou du niveau de contraintes résiduelles. L'analyse de ces résultats montre que le profil de contraintes résiduelles, dans le cas du 15-5PH, est la caractéristique la plus influente sur la tenue en fatigue. La rugosité n'apparait pas comme un facteur d'influence notable, à l'exception des cas où les contraintes résiduelles ont un niveau très faible. Des pistes d'améliorations sont enfin suggérées pour améliorer la prise en compte de l'intégrité de surface dans le cadre d'un dimensionnement en fatigue.
Author: Vincent Chomienne Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 175
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Ce mémoire présente une méthode visant à mettre en évidence l'influence de l'intégrité de surface obtenue en tournage, sur la fatigue de l'acier 15-5PH. Le travail réalisé consiste à développer des moyens d'obtention de surfaces à intégrités maitrisées, puis à réaliser des essais de fatigue pour observer l'influence des paramètres d'intégrité. Les procédés de tournage et de galetage sont utilisés pour obtenir des lots d'éprouvettes possédant différentes intégrités de surfaces. Ces éprouvettes sont ensuite toutes caractérisées, en rugosité et contraintes résiduelles, de manières non destructives. Certaines éprouvettes font l'objet d'analyses complémentaires pour caractériser l'état de la matière sous la surface. Ces analyses permettent de constituer des lots d'éprouvettes possédant des caractéristiques de surfaces très proches. Toutefois, il a été mis en évidence une très grande sensibilité de l'intégrité de surface générée, vis-à-vis du diamètre de la pièce usinée, ce qui se traduit par une dispersion importante des intégrités de surface obtenues. Les lots constitués sont ensuite testés en fatigue sur une machine de flexion rotative (R = -1) selon la méthode Staircase. Cette méthode permet de déterminer la limite d'endurance avec 50 % de probabilité de rupture pour un nombre de cycles donné. Les résultats sont ensuite confrontés aux intégrités de surface des lots pour déterminer les caractéristiques les plus influentes. Une comparaison des données expérimentales est réalisée avec les modèles de la littérature. Il est montré que ces modèles ne parviennent pas à décrire de manière satisfaisante le comportement en fatigue vis à vis de la rugosité ou du niveau de contraintes résiduelles. L'analyse de ces résultats montre que le profil de contraintes résiduelles, dans le cas du 15-5PH, est la caractéristique la plus influente sur la tenue en fatigue. La rugosité n'apparait pas comme un facteur d'influence notable, à l'exception des cas où les contraintes résiduelles ont un niveau très faible. Des pistes d'améliorations sont enfin suggérées pour améliorer la prise en compte de l'intégrité de surface dans le cadre d'un dimensionnement en fatigue.
Author: ADIL MASOOD.. ALAM Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 208
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DANS LA PLUPART DES CAS DE RUPTURE EN FATIGUE, LES FISSURES SE DEVELOPPENT A PARTIR DE LA SURFACE OU D'UNE ZONE TRES PROCHE DE LA SURFACE DES PIECES. CETTE SURFACE JOUE DONC UN ROLE IMPORTANT DANS LA TENUE DES PIECES SOUMISES A UN ENDOMMAGEMENT PAR FATIGUE. LES PARAMETRES GENERALEMENT RETENUS POUR DEFINIR L'ETAT DE SURFACE SONT LA RUGOSITE, LES CONTRAINTES RESIDUELLES ET LA DURETE SUPERFICIELLE. CET ETAT DE SURFACE DEPEND DU MODE DE FABRICATION ET DE LA GAMME D'USINAGE DES PIECES. AINSI DANS LE CADRE DE CETTE THESE, L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE TOURNAGE SUR L'ETAT DE SURFACE D'UN ACIER A42 A ETE ETUDIEE COMME UN PREALABLE A L'ETUDE DE L'INFLUENCE DE L'ETAT DE SURFACE SUR LA TENUE EN FATIGUE DE CE MATERIAU. FACE A LA DIVERSITE DES PARAMETRES MACHINE-OUTIL EN TOURNAGE, LA TECHNIQUE DU PLAN D'EXPERIENCES A ETE UTILISEE. DE NOUVEAUX MODELES EMPIRIQUES RELIANT LA RUGOSITE ET LES CONTRAINTES RESIDUELLES AUX PARAMETRES DE TOURNAGE ONT ETE PROPOSEES. LES GAMMES DE TOURNAGE CREANT DES COMBINAISONS EXTREMES DES CARACTERISTIQUES DE L'ETAT DE SURFACE DES PIECES, ONT ETE CHOISIES POUR FABRIQUER LES EPROUVETTES DE FATIGUE. LES ESSAIS DE FATIGUE EN TRACTION-COMPRESSION ONT ETE EFFECTUES SUR CINQ SERIES D'EPROUVETTES REPRESENTANT CHACUNE UNE GAMME D'USINAGE DIFFERENTE. LE RESULTAT DES ESSAIS N'A PAS DONNE DE RELATION IMMEDIATE ENTRE LA RUGOSITE OU LES CONTRAINTES RESIDUELLES ET LE NOMBRE DE CYCLES A RUPTURE EN FATIGUE. LES OBSERVATIONS METALLOGRAPHIQUES ONT INDIQUE DANS LA SOUS-COUCHE DES SURFACES USINEES LA PRESENCE D'UNE ZONE DEFORMEE PLASTIQUEMENT DUE A L'ACTION DE L'OUTIL COUPANT. L'EPAISSEUR DE CETTE ZONE SOUS LA SURFACE DE L'EPROUVETTE VARIE AVEC LA GAMME DE TOURNAGE UTILISEE POUR CREER CETTE SURFACE. LA DUREE DE VIE EN FATIGUE DES EPROUVETTES SEMBLE AUGMENTER EN PROPORTION AVEC L'EPAISSEUR DE LA ZONE DEFORMEE PLASTIQUEMENT. CE PHENOMENE EST DECRIT PAR UN MODELE BASE SUR L'INFLUENCE DE LA TAILLE DE GRAINS SUR LA TENUE EN FATIGUE DES MATERIAUX. LE NOMBRE DE CYCLES A RUPTURE CALCULE A L'AIDE DU MODELE CONFIRME LA TENDANCE DE LA DUREE DE VIE EN FATIGUE A AUGMENTER AVEC L'EPAISSEUR DE LA ZONE DEFORMEE PLASTIQUEMENT.
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Aujourd'hui, en raison des contraintes environnementales et économiques, l'usinage fait parti des domaines en plein développement. Le tournage dur est un procédé récent qui permet d’usiner des aciers traités avec des duretés élevées supérieures à 45 HRc. Il permet en particulier d’obtenir, sans lubrification, des pièces avec un état de surface et une précision proche de ceux issus de la rectification. La maîtrise du procédé d’usinage nécessite la compréhension des mécanismes intervenant dans la zone de coupe. Ces derniers dépendent d’une part de la nature de l’outil utilisé et d’autre part du matériau. Cette étude concerne principalement l’effet de la microstructure d’un acier à roulement sur l’usinabilité et les caractéristiques d’intégrité de surface. Cet acier (100Cr6) a été étudié avec différents états métallurgiques caractérisés par la présence ou non de carbures dans une matrice bainitique ou martensitique. Les deux états métallurgiques ont été étudiés pour des duretés identiques comprises entre 45 HRc et 59 HRc. Plusieurs techniques d’analyses mécaniques et thermiques ont permis de mieux comprendre les mécanismes moteurs lors de la formation des copeaux en usinage dur. En particulier, un thermotribomètre a été utilisé pour décrire l’influence de la microstructure et la dureté sur la tribologie du couple 100Cr6-cBN. En effet, il est montré que le coefficient de frottement augmente avec la présence de carbures. Un banc d’essais de barres Hopkinson a permis d’identifier par approche inverse les lois de comportement de type Johnson-Cook pour les différents états métallurgiques. Les essais ont été conduits sur des éprouvettes chapeaux permettant de reproduire le cisaillement dynamique de la zone primaire de cisaillement générée dans la coupe. L’influence de la dureté sur les constantes d’écoulement a été mise en évidence. Des essais de chariotage ont été ensuite menés. Les résultats ont montré une faible sensibilité des efforts de coupe suivant l’état métallurgique du matériau. Trois comportements différents ont été observés avec la vitesse de coupe. L’évolution de l’intégrité de surface en fonction des paramètres de coupe a été quantifiée par l’analyse de l’état de surface et des contraintes résiduelles. L’état de surface est amélioré pour de faibles avances, pour une dureté de 55 HRc et avec la présence de carbures. Une dureté élevée et l’absence de carbure ont tendance à générer des contraintes superficielles de plus en plus en compression. Des essais complémentaires en coupe orthogonale ont permis d’examiner les aspects thermiques, par caméra CCD-Proche Infrarouge, de la zone de coupe. De plus, l’analyse des copeaux et des couches blanches a été menée. Il est montré que la présence des carbures fait augmenter la température de l’émergence de la zone de cisaillement secondaire alors qu’elle fait diminuer la température de l’émergence de la zone primaire de cisaillement. L’existence de la couche blanche sur la face arrière des copeaux et sur les surfaces usinées a été établie. Il est montré qu’elle est d’autant plus intense pour des vitesses élevées et plus homogène pour l’état métallurgique sans carbure. Un cisaillement très localisé et une élévation de la température favorisent son apparition. Enfin, nous expliquons ces influences à travers une comparaison des résultats obtenus avec ceux de l’étude comportementale.
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Ce travail, mené dans le cadre d'une thèse CIFRE en collaboration avec le fabricant d'outil de coupe ValeniteSafety et le Laboratoire de Mécanique et Rhéologie EA 2640 de l'Université François Rabelais de Tours (Polytech'Tours), a été réalisé au sein du Centre d'Etude et de Recherche sur les Outils Coupants (CEROC). Il s'agit d'étudier le rayon d'arête noté ER et son influence sur l'intégrité de surface lors d'une opération de tournage à sec sur l'acier 27MnCr5. L'usinage par enlèvement de matière résulte du cisaillement de matière par l' arête de coupe, partie active d'une plaquette. C'est l'élément le plus sollicité pendant la coupe. Une plaquette est caractérisée par son substrat, son revêtement, la géométrie de la zone de coupe et sa micro géométrie d'arête qui influence intimement le cisaillement de la matière. Elle conditionne ainsi l'intégrité de surface usinée. Théoriquement une finition d'arête idéale au bon cisaillement de la matière doit être « vive ». En réalité, dans un grand nombre de cas les arêtes ont un mouchage (arrondie). L'objectif de cette étude est d'analyser le comportement des rayons d'arête. La maîtrise de la finition d'arête peut augmenter de façon significative la durée de vie de la plaquette et assurer la reproductibilité de la qualité de surface usinée. Après un rappel des principes généraux de la coupe, nous nous attachons à décrire la micro géométrie d'arête et son influence lors du procédé d'usinage à sec. Nous présentons ensuite la procédure suivie pour la détermination des conditions d'utilisations de l'outil. Puis nous décrivons les protocoles expérimentaux de préparation des pièces à usiner et des arêtes de coupe de la plaquette. Pour caractériser l'intégrité des surfaces usinées et le comportement des rayons d'arête nous employons plusieurs techniques telles que la Microscopie Electronique à Balayage, la Microscopie Interférentielle, la Micro indentation. Des paramètres tels que les efforts de coupe, les phénomènes d'usures développées pendant les tests de durée de vie, la topographie et la métallurgie de surface ont été analysés. Ces analyses permettent de quantifier le comportement des rayons d'arête et l'influence des tolérances de fabrication sur l'intégrité de surface de la pièce.
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L’objectif de cette étude est de décrire l’influence de l’état de la surface usinée sur le comportement en fatigue de l’alliage aluminium 7010. Les paramètres généralement retenus pour caractériser la surface sont : la rugosité, les contraintes résiduelles et la microstructure. Les résultats montrent clairement l’influence prépondérante de la rugosité en raison de la concentration de contrainte locale qu’elle génère. Un modèle de calcul basé sur un calcul par éléments finis est proposé pour en estimer la valeur. Ce dernier est utilisé dans des modèles d’estimation de durée de vie basé sur l’amorçage pour les faibles charges et sur la propagation pour les charges élevées. Ces modèles décrivent bien les résultats de fatigue sur les surfaces définies initialement. Des essais complémentaires ont permis d’en définir le domaine de validité et de mettre en évidence des mécanismes d’endommagement à une échelle inférieure et de dégager des axes de développement ultérieur.
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Aujourd'hui, en raison des contraintes environnementales et économiques, l'usinage fait parti des domaines en plein développement. Le tournage dur est un procédé récent qui permet d'usiner des aciers durs et en particulier d'obtenir des pièces avec un état de surface et une précision proche de ceux issus de la rectification. La maîtrise de ce procédé nécessite la compréhension des mécanismes intervenants dans la zone de coupe. Cette étude concerne principalement l'effet de la microstructure d'un acier 100Cr6 sur l'usinabilité et l'intégrité de surface. Cet acier a été étudié avec différents états métallurgiques. Plusieurs techniques d'analyses mécaniques et thermiques ont permis de mieux comprendre les mécanismes moteurs lors de la formation des copeaux en usinage dur. L'influence de la dureté sur les constantes d'écoulement a été mise en évidence. L'évolution de l'intégrité de surface en fonction des paramètres de coupe a été quantifiée par l'analyse de l'état de surface et des contraintes résiduelles. Des essais complémentaires en coupe orthogonale ont permis d'examiner les aspects thermiques, par caméra CCD- Proche IR.
Author: Alexandra Lacombe Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 177
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Dans les structures aéronautiques, les trous percés constituent des zones critiques à partir desquelles des endommagements peuvent s'initier en fatigue. En fonction des paramètres et des procédés de perçage employés, les industriels constatent des différences significatives de tenue en fatigue des structures percées. Ces travaux de thèse visent à apporter des éléments de compréhension à cette problématique industrielle, pour le cas pièces percées en AA2024-T351. Ils portent sur l'étude de configurations de perçage industrielles et se focalisent sur deux procédés de perçage : le perçage orbital qui est un procédé présentant de nombreux avantages économiques potentiels et le perçage axial qui est le procédé de perçage conventionnel. L'objectif des travaux est d'évaluer l'impact de la configuration de perçage sur la tenue en fatigue de la pièce percée, mais aussi sur l'intégrité de surface du trou percé. Cela doit permettre d'identifier les paramètres de l'intégrité de surface pilotant la tenue en fatigue et les paramètres majeurs du procédé de perçage contrôlant l'intégrité de surface. La première étape des travaux a été de mener des essais de fatigue afin d'évaluer la performance en fatigue de différentes configurations de perçage. Ceux-ci ont révélé des écarts significatifs de durée de vie en fatigue entre certaines configurations de perçage. La seconde étape a consisté à caractériser expérimentalement l'intégrité de surface des trous percés. Celle-ci a été guidée par un modèle éléments finis prédictif de la profondeur de matériau affectée en sous-surface du trou et de nouvelles méthodes d'analyse (comme la "HOCT") ont dû être envisagées pour certains aspects de l'intégrité de surface dû à la faible profondeur affectée. Cette campagne a montré l'influence prépondérante des aspects internes de l'intégrité de surface (écrouissage et contraintes résiduelles) sur la tenue en fatigue. Enfin, la dernière étape des travaux visait à étudier l'impact des paramètres du procédé de perçage sur l'intégrité de surface. Pour cela, un modèle éléments finis de coupe orthogonale a été développé. L'influence prépondérante de la géométrie de l'outil sur l'intégrité de surface a été montrée.
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L'objectif de cette étude est de décrire l'influence de l'usinage sur la durée de vie en fatigue de pièces aéronautiques en alliage de titane (Ti6Al4V). L'approche proposée comporte trois étapes principales. Dans la première étape, nous étudions l'influence de l'usinage sur l'intégrité de surface. C'est un problème multivariable et complexe, et pour le résoudre nous avons utilisé la méthode des plans d'expériences. Cette méthode a permis de mettre en évidence les paramètres d'usinage influents sur l'intégrité de surface. La seconde étape s'attache à étudier l'influence de l'intégrité de surface sur la durée de vie en fatigue. L'influence prépondérante des contraintes résiduelles en surface sur la durée de vie en fatigue a été observée. En effet, elles semblent être un bon indicateur permettant de prédire et d'optimiser la durée de vie en fatigue. La troisième étape s'attache à développer l'articulation des deux étapes précédentes pour optimiser la durée de vie en fatigue à partir des paramètres d'usinage. Des essais ont été menés avec des conditions d'usinage optimisées. La durée de vie en fatigue a été multipliée par un facteur 2,7 par rapport aux conditions industrielles standards. Avec cette dernière étape, nous définissons une nouvelle stratégie d'usinage, à contre courant des tendances actuelles, qui consiste à réaliser l'usinage en une seule passe avec de faibles vitesses de coupe et une profondeur de passe importante.
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La superfinition des pièces en acier dur, tels que les roulements, par Usinage de Haute Précision (UHP) est devenue une alternative très compétitive et plus écologique à la rectification conventionnelle. Cependant, pour que cette alternative soit crédible, il est impératif qu'elle fournisse une intégrité de surface au moins comparable. Plusieurs développements ont été menés sur la machine UHP du laboratoire Roberval et ont permis d'usiner l'acier à roulement 100 Cr6 (62 HRC). Pour caractériser la topographie de surface, une étude comparative de trois différents instruments de mesure de rugosité a été menée. L'analyse multi-échelle a montré que le profilomètre tactile est l'instrument de mesure le plus performant. Ensuite, une étude sur le choix des paramètres de rugosité les plus pertinents a été menée. Il a été déterminé que la développée relative du profil (Lr) et la rugosité moyenne (Ra) sont le couple de paramètres de rugosité le plus pertinent. Une caractérisation structurale réalisée à l'aide de différentes techniques (MEB, EDS, DXDE, DRX et nanoindentation) a permis de montrer que l'UHP des roulements induit des modifications de la microstructure en surface. Une simulation expérimentale de fatigue a montré que la rugosité a une influence significative sur la durée de vie. Le galet de roulement peut atteindre 5,2 millions de cycles avec une très faible rugosité (Ra = 0,1 μm) contre 320 000 cycles avec une rugosité élevé (Ra = 0,25 μm). En comparaison avec la rectification conventionnelle, l'UHP offre une durée de vie en fatigue de contact 3 fois supérieure. Par conséquence, il est envisageable que l'UHP devienne une alternative à la rectification conventionnelle.
Author: Vincent Chomienne
Author: Vincent Chomienne
Author: ADIL MASOOD.. ALAM
Author: Malek Habak
Author: Brigitte Vasques
Author: Monchai Suraratchai
Author: Malek Habak
Author: Alexandra Lacombe
Author: Kamel Moussaoui
Author: 
Author: Ahmed Hadj Ali