Etude et modélisation de l’amorçage des fissures de fatigue de roulement au voisinage des microhétérogénéités dans l'acier M50 (80 Mo Cr V 4 1 1)

par Pierre Lamagnere

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Alain Vincent.


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l'étude et à la modélisation de l'amorçage des fissures de fatigue qui apparaissent au voisinage des inclusions non-métalliques et des carbures primaires dans l'acier M50. Dans la première partie de la thèse, nous avons étudié les propriétés microstructurales et nous avons déterminé le comportement mécanique de l'acier M50 en vue d'introduire des paramètres réalistes dans le modèle d'amorçage des fissures. En particulier, nous avons caractérisé les propriétés élasto-plastiques des microhétérogénéités. Pour cela, nous avons développé une procédure expérimentale permettant de mesurer le module d'Young et la dureté des inclusions par la technique de la nano-indentation. Ensuite, nous avons étudié le comportement microplastique et la plasticité cyclique de l'acier M50. Enfin, nous avons déterminé expérimentalement le nombre de cycles à l'amorçage des fissures par l'examen de roulements à différents stades de la fatigue à l'aide de l'échographie ultrasonore. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons développé une méthode de calcul de la limite d'endurance des roulements sollicités en condition de lubrification élasto-hydrodynamique. Cette approche s'appuie sur l'étude des concentrations de contrainte autour des microhétérogénéités et sur l'utilisation d'un critère de contrainte local. Enfin, ce travail apporte une contribution nouvelle à la prédiction du nombre de cycles à l'amorçage des fissures au voisinage des inclusions. Ce modèle met en œuvre une approche mixte micromécanique/métallurgie physique pour évaluer l'accumulation des dislocations conduisant à l'amorçage des fissures dans les "papillons" de fatigue.

  • Titre traduit

    = Study and modelling of crack initiation around inhomogeneities in M50 bearing steel under rolling contact fatigue


  • Résumé

    The aim of this work is to develop a new model for crack nucleation which occurs from non-metallic inclusions or primary carbides in M50 bearing steel under rolling contact fatigue. The first part of this thesis is devoted to the determination of the material parameters to be introduced in the models. First, we study the elasto-plastic properties of the inhomogeneities by means of a nano-indentation technique. For that purpose an experimental procedure is developed to measure the Young's modulus and hardness of inclusions embedded in a matrix. Then, the microplasticity and the cyclic plasticity of M50 steel is characterized. Finally, the number of cycles to crack initiation is estimated by means of a non-destructive examination of rolling bearings at various stages of fatigue life using ultrasonic echography. The second part of this thesis is devoted to modelling. First, we develop a method to determine the endurance limit of bearings operating under elasto-hydrodynamic lubricating conditions. This approach is based on the calculation of the stress concentration around inclusions and the use of a local stress criterion. Finally, a new model for the prediction of the number of cycles to crack initiation is proposed. This model uses micromechanics and physical metallurgy concepts to evaluate the accumulation of dislocations during fatigue which leads to local damage in the so-called "butterfly" wings formed around the inhomogeneities.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (180 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : C.83(2126)
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