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.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1991 par Gérard MAEDER, Louis CASTEX, Valiollah DJAFARI, Philippe POUPEAU
DOI (Digital Object Identifier)
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Définition et origine des contraintes résiduelles1. Intérêt des traitements superficiels
fabrication des cages de roulements à billes : initialement, on a utilisé des aciers à haute teneur en carbone comme la nuance 100 Cr 6 et présentant, de ce fait, une dureté élevée après traitement thermique dans la masse. Les plastifications cycliques à la profondeur de contrainte maximale de Hertz provoquent un appauvrissement local en carbone de la matrice métallique autour des particules de carbure et la création de zones en ailes de papillons propices à l’amorçage de fissures sous-cutanées. Ces fissures se propagent rapidement compte tenu de la sensibilité élevée à la fissuration des aciers à haute teneur en carbone et provoquent le phénomène d’écaillage désigné communément par phénomène de pitting.
D’où l’idée, pour pallier cet inconvénient, d’avoir recours au traitement superficiel de trempe après cémentation d’un acier à plus basse teneur en carbone comme la nuance M50NiL afin d’obtenir d’excellentes propriétés superficielles : dureté élevée, contraintes résiduelles de compression biaxiales qui limitent l’amorçage et la propagation des fissures sous-cutanées susceptibles d’apparaître tout en éliminant le risque précédent lié à la présence des particules de carbure.
Une étude menée aux États-Unis, en Europe et au Japon sur les développements prioritaires dans le domaine des Matériaux, classe en tête de liste la technologie des traitements superficiels.
Les enjeux techniques concernent :
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l’amélioration de la résistance à la fatigue sous certains types de sollicitations ;
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l’amélioration de la résistance à la corrosion simple ou à la corrosion sous contrainte ;
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l’amélioration de la résistance à l’usure.
Mais le véritable enjeu est économique. Dans les pays industrialisés, les dommages directs ou indirects, conséquences des avaries liées aux mauvaises performances des matériaux dans ce triple domaine, représentent un coût cumulé pouvant atteindre ou dépasser 10 % du PNB (produit national brut).
Les zones superficielles d’un...
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Intérêt des traitements superficiels
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.
-
(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.
-
(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.
-
(4) - MIGLIORE (L.R.) - Heat treating with lasers. - Adv. Mat. and Process, vol. 154, n 2, pp. H25-H29, août 1998.
-
(5) - St PIERRE (J.) - Vacuum carburizing. - ASM Handbook, vol. 4, Heat treating, 10th edition, 1991.
-
(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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