Origines des contraintes résiduelles en induction

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTÉRATURE
1.1 Notions fondamentales sur les contraintes résiduelles
1.2 Contraintes résiduelles après durcissement superficiel par induction
1.2.1 Principe général du durcissement par induction
1.2.2 Origines des contraintes résiduelles en induction
1.2.3 Impact des paramètres d’induction sur les contraintes résiduelles
1.3 Méthodes de mesure des contraintes résiduelles
1.3.1 Méthodes destructives
1.3.2 Méthodes semi-destructives
1.3.3 Méthodes non-destructives
1.3.4 Synthèse sur les méthodes de mesure des contraintes résiduelles
1.4 Endommagement des métaux par fatigue
1.4.1 Domaines de sollicitation
1.4.2 Mécanismes d’amorçage de fissures de fatigue
1.5 Effet des contraintes résiduelles sur l’amorçage de fissures de fatigue
1.6 Fatigue de flexion des engrenages
1.6.1 Généralités
1.6.2 Approches de modélisation existantes en amorçage
1.7 Synthèse générale de la revue de littérature
CHAPITRE 2 CONTEXTE DE L’ÉTUDE
2.1 Mise en contexte de la problématique
2.2 Problématique
2.3 Objectifs de recherche
2.4 Structure de la recherche
CHAPITRE 3 MISE EN PLACE DES MÉTHODES DE MESURE DES CONTRAINTES RÉSIDUELLES DANS DES PIÈCES TRAITÉES PAR INDUCTION
3.1 Descriptions préliminaires
3.1.1 Géométries des échantillons et montage de chauffe par induction
3.1.2 Matériau et traitements thermiques initiaux
3.1.3 Étude métallographique d’une couche durcie par induction
3.2 Mesure des contraintes résiduelles par diffraction de rayons X
3.2.1 Mise en place de la diffraction de rayons X
3.2.1.1 Description du système Proto iXRD®
3.2.1.2 Géométrie du montage de diffraction
3.2.1.3 Paramètres de diffraction et de traitement des données
3.2.1.4 Contrôle des sources d’erreur générales
3.2.1.5 Méthode pour enlèvement de matière
3.2.1.6 Prise en compte du gradient de microstructure en couche induite
3.2.2 Méthode de correction pour enlèvement de matière des résultats de DRX
3.2.2.1 Méthodes classiques suggérées dans la littérature
3.2.2.2 Méthode de correction par matrice de relâchement des contraintes
3.2.2.3 Approche améliorée de correction par éléments finis
3.2.2.4 Validation de l’approche proposée
3.2.2.5 Calcul des matrices de correction pour les deux géométries
3.2.2.6 Vérifications complémentaires sur l’applicabilité de la méthode
3.3 Mesure des contraintes résiduelles par la méthode des contours
3.3.1 Mise en place de la méthode des contours
3.3.1.1 Coupe de relaxation
3.3.1.2 Mesure des surfaces coupées
3.3.1.3 Alignement des données brutes
3.3.1.4 Traitements des données alignées
3.3.1.5 Calcul des contraintes résiduelles
3.4 Mise en application des deux méthodes de mesure des contraintes résiduelles
3.4.1 Traitements par induction pour validations préliminaires
3.4.2 Mise en application de la diffraction de rayons X
3.4.2.1 Contraintes résiduelles avant traitement par induction
3.4.2.2 Contraintes résiduelles mesurées après le traitement A
3.4.2.3 Contraintes résiduelles mesurées après le traitement B
3.4.3 Mise en application de la méthode des contours
3.4.3.1 Effet des conditions de coupe sur les contraintes mesurées
3.4.3.2 Effet de l’appareil de mesure topographique des surfaces coupées
3.4.3.3 Effet des étapes de traitement des données brutes
3.4.3.4 Effet du type de maillage sur les contraintes calculées
3.5 Synthèse du chapitre
CHAPITRE 4 IMPACT DES PARAMÈTRES DU PROCÉDÉ D’INDUCTION SUR LES CONTRAINTES RÉSIDUELLES
4.1 Étude de l’effet des paramètres d’induction sur des disques
4.1.1 Préparation de disques de 48 mm
4.1.1.1 Description des traitements réalisés
4.1.1.2 Profils de microdureté
4.1.2 Mesure des contraintes résiduelles dans les disques de 48 mm
4.1.2.1 Impact de la dureté initiale du matériau
4.1.2.2 Impact de la préchauffe
4.1.2.3 Impact du revenu final
4.1.3 Préparation de disques de 106 mm
4.1.3.1 Description des traitements réalisés
4.1.3.2 Profils de microdureté
4.1.4 Mesure des contraintes résiduelles dans les disques de 106 mm
4.1.4.1 Impact du type de préchauffe
4.1.4.2 Impact du type de chauffe finale
4.1.4.3 Impact des revenus intermédiaire et régulier
4.1.5 Synthèse des résultats des campagnes sur les disques
4.2 Étude des contraintes résiduelles dans des roues dentées induites
4.2.1 Préparation de roues dentées durcies superficiellement par induction
4.2.1.1 Géométrie et matériau
4.2.1.2 Étapes de fabrication
4.2.1.3 Traitement par induction
4.2.1.4 Mesures de microdureté après induction
4.2.2 Application des méthodes de mesure des contraintes résiduelles
4.2.2.1 Méthode des contours
4.2.2.2 Procédures expérimentales pour la DRX
4.2.2.3 Calcul des matrices de correction pour la DRX
4.2.3 Résultats des mesures de contraintes résiduelles
4.2.3.1 Étude préliminaire sur la répétitivité des contraintes résiduelles
4.2.3.2 Zone 1 – Zone critique en flexion à mi-épaisseur
4.2.3.3 Zone 2 – Zone critique en flexion près des bords
4.2.3.4 Zone 3 – Centre du creux de dent à mi-épaisseur
4.2.3.5 Zone 4 – Zone critique en contact à mi-épaisseur
4.2.4 Synthèse des mesures sur les roues dentées
4.3 Synthèse du chapitre
CHAPITRE 5 FATIGUE DE FLEXION DES ENGRENAGES INDUITS
5.1 Explication de l’approche générale
5.2 Étude expérimentale de la fatigue de flexion de roues traitées par induction
5.2.1 Banc de flexion dent-par-dent
5.2.1.1 Description du banc
5.2.1.2 Conditions expérimentales pour les essais de fatigue
5.2.2 Validation des charges appliquées par le banc
5.2.2.1 Jauges de déformation
5.2.2.2 Corrélation d’images numériques
5.2.2.3 Résultats de mise en charge statique
5.2.3 Stabilité cyclique des contraintes résiduelles en pied de dent
5.2.3.1 Méthodologie
5.2.3.2 Résultats et implications pour la modélisation de la fatigue
5.3 Étude numérique de la fatigue de flexion
5.3.1 Description générale du modèle
5.3.2 Hypothèses générales
5.3.3 Choix des critères de fatigue multiaxiale
5.3.4 Prise en compte du durcissement
5.3.4.1 Calibration des critères pour α et β
5.3.4.2 Résultats des campagnes de fatigue sur des éprouvettes
5.3.4.3 Détermination des paramètres B et n
5.3.4.4 Assignation des propriétés aux différentes zones
5.3.5 Prise en compte des contraintes appliquées
5.3.5.1 Description du modèle d’éléments finis
5.3.5.2 Comparaison avec les jauges et la corrélation d’images
5.3.5.3 Remarques sur les contraintes appliquées en pied de dent
5.3.6 Prise en compte des contraintes résiduelles
5.3.7 Prise en compte des autres effets
5.3.7.1 Effet de taille
5.3.7.2 Effet du fini de surface
5.3.7.3 Effet de la température et de l’environnement
5.3.8 Procédure de prédiction de la limite d’endurance en flexion
5.4 Mise en application du modèle
5.4.1 Confrontation du modèle avec des résultats expérimentaux
5.4.2 Analyse des résultats
5.4.3 Discussion sur les sources d’erreurs et limites du modèle
5.4.4 Simulations complémentaires de l’impact des contraintes résiduelles sur la fatigue de flexion
5.5 Synthèse du chapitre
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I CONTRÔLE DES SOURCES D’ERREUR GÉNÉRALES POUR LA DRX
ANNEXE II DÉVELOPPEMENT DE LA MÉTHODE D’ENLÈVEMENT DE MATIÈRE POUR LA DRX
ANNEXE III PROGRAMME UTILISÉ POUR LE CALCUL D’UNE MATRICE DE CORRECTION D’UN CYLINDRE LONG
ANNEXE IV SIMULATION DE LA REDISTRIBUTION DES CONTRAINTES
RÉSIDUELLES APRÈS COUPE DES DISQUES EN DEUX MOITIÉS ÉGALES
ANNEXE V PROGRAMMES UTILISÉS POUR LA MÉTHODE DES CONTOURS
ANNEXE VI ESTIMATION DE L’ERREUR DE MESURE DE LA MDC
ANNEXE VII EFFET D’UN MAILLAGE RAFFINÉ SUR LES CONTRAINTES MESURÉES PAR MÉTHODE DES CONTOURS