Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Jean BARRALIS : Professeur Honoraire à l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers d’Aix-en-Provence
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Louis CASTEX : Professeur des Universités à l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers de Paris
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Gérard MAEDER : Directeur Ingénierie des Matériaux, Renault
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Lire l’articleINTRODUCTION
Pour améliorer la tenue en service d’une pièce métallique soumise à des sollicitations mécaniques globales, en particulier cycliques ou à des actions de contact locales, associées éventuellement à un environnement hostile, plusieurs démarches sont possibles.
La première consiste à changer les conditions de fonctionnement en modifiant le chargement et/ou le milieu. Cette approche conduit à la conception d’une nouvelle pièce ou d’un nouvel ensemble avec le risque de ne pouvoir éliminer tous les problèmes à l’origine de sa faible longévité. Une telle attitude peut se révéler économiquement irrecevable.
La deuxième consiste à rechercher un matériau mieux adapté aux sollicitations et au milieu. Il n’y a pas dans ce cas de nouvelle étude de la pièce, le coût est donc réduit, mais de nouveaux problèmes peuvent apparaître. Par exemple, en améliorant la limite d’endurance on peut dégrader d’autres propriétés comme la résistance au choc ou la déformabilité.
La troisième qui paraît la plus sage et in fine la moins coûteuse, consiste à améliorer les propriétés locales du matériau par mise en précontrainte de compression des zones les plus sollicitées c’est-à-dire, le plus souvent, les couches superficielles de la pièce. En outre, dans beaucoup de cas, l’introduction de contraintes résiduelles de compression superficielles est associée à une augmentation de la dureté et de la limite d’endurance du matériau ce qui justifie d’autant plus une telle approche.
Tout le problème réside dans le choix du procédé le mieux adapté et le plus efficace à long terme.
L’amélioration des propriétés des zones superficielles des pièces est donc un moyen curatif permettant de se prémunir contre les effets néfastes d’une surcharge au sens large du terme.
Peu à peu, du fait d’une grande maîtrise des traitements superficiels et de leur coût global, une nouvelle tendance se confirme et se répand dans la pratique industrielle : l’intégration des traitements superficiels dans la conception des pièces.
En effet, ces traitements permettent souvent de remplacer, avec profit, d’un point de vue aussi bien mécanique qu’économique, un matériau noble ou difficile à élaborer par un alliage moins riche en éléments d’alliage moins coûteux ou plus simple à obtenir.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1991 par Gérard MAEDER, Louis CASTEX, Valiollah DJAFARI, Philippe POUPEAU
DOI (Digital Object Identifier)
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Intérêt des traitements superficiels6. Conclusions
Les traitements superficiels de mise en précontrainte ont pour objet d’introduire des contraintes de compression dans les couches superficielles des pièces métalliques sur des épaisseurs pouvant atteindre plusieurs millimètres. Leur objectif principal est d’améliorer la tenue des pièces soumises en service à des sollicitations mécaniques variables dans le temps ou à des conditions de corrosion sous contrainte statique.
Ils sont basés sur l’hétérogénéité de déformation provenant de la localisation d’une source primaire de déformation dans les zones superficielles de la pièce. Le cœur de la pièce qui représente la masse la plus importante s’oppose à la variation dimensionnelle « libre » de la peau générant ainsi un champ autoéquilibré de macrocontraintes résiduelles. Les sources primaires de déformation sont obtenues par deux types de traitements.
Les traitements mécaniques agissent par déformation plastique des couches superficielles et sont applicables à tous les matériaux présentant un comportement élastoplastique. Les traitements thermiques et thermochimiques mettent à profit les variations de volume positives engendrées par des transformations de phase à l’état solide ou par des phénomènes de précipitation. Ils n’ont véritablement connu de développement industriel que pour les alliages ferreux et pour ces matériaux ont l’avantage d’associer une très nette augmentation de dureté à la mise en précontrainte de compression.
La prévision par le calcul des contraintes résiduelles induites par les traitements superficiels fait maintenant partie des logiciels spécialisés développés dans le cadre plus général de la modélisation des procédés de fabrication.
La détermination expérimentale des macrocontraintes et des microdéformations est essentiellement réalisée par diffractométrie des rayons X éventuellement complétée par diffractométrie neutronique. La méthode du trou incrémentale est une méthode mécanique également utilisable malgré son caractère obligatoirement destructif.
Enfin, la stabilité des contraintes résiduelles induites par ces traitements doit être prise en compte pour les pièces soumises en service à des sollicitations thermiques ou mécaniques. Il apparaît qu’un des facteurs principaux...
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Conclusions
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BRENT DANE (C.), HACKEL (L.A.), DALY (J.), HAMSON (J.) - Shot peening with lasers. - Adv. Mat. and Process, vol. 153, n 5, p. 37-38, mai 1998.
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(2) - HORNBACH (D.J.), PREVEY (P.S.), MASON (P.W.) - Residual stresses and hardness disbributions in induction hardened gears. - Proceedings of the Int. Conf. On Induction hardened gears and critical components. 15-17 mai 1995, Indianapolis, Indiana.
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(3) - ION (J.C.), SHERCLIFF (H.R.), ASHBY (M.F.) - Diagrams for laser materials processing. - Acta Metall. Mater., vol. 40, n 7, p. 1539-1551, 1992.
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(4) - MIGLIORE (L.R.) - Heat treating with lasers. - Adv. Mat. and Process, vol. 154, n 2, pp. H25-H29, août 1998.
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(5) - St PIERRE (J.) - Vacuum carburizing. - ASM Handbook, vol. 4, Heat treating, 10th edition, 1991.
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(6) - SUN (Y.), BELL (T.) - A numerical model of plasma nitriding of low alloys steels. - Mat....
NORMES
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Série aérospatiale. Pièces métalliques. Mise en contrainte de compression superficielle. Billes d’acier, billes de verre et billes de céramique (grenailles) (remplace NF L 06-831, février 1990). - NF L 06-831 - 12-95
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Aéronautique et espace. Grenaillage destiné à la mise en contrainte de compression superficielle de pièces métalliques. - NF L 06-832 - 12-98
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