Etude d'une nouvelle nuance d'acier à roulement pour conditions d'usage sévères et modélisation de son endommagement en présence d'une indentation

par Hélène Sarete

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Gérard Lormand.


  • Résumé

    Ce travail est consacré, d'une part, à la recherche d'une nouvelle nuance d'acier à roulement et de ses traitements thermiques permettant d'accroître la tenue des roulements en condition d'usage sévères (chargement important, température élevée, lubrification polluée provoquant des indentations des surfaces de contact) et, d'autre part, à la description et à la modélisation de son endommagement en fatigue de contact de surfaces indentées. Des caractérisations microstructurales et mécaniques simples (principalement dureté, teneur en austénite résiduelle) conduites sur différentes coulées de laboratoire et pour différents traitements thermiques permettent d'abord de définir une gamme de compositions intéressantes et de choisir une nuance. Les conditions de traitement thermique de la nuance choisie sont affinées, après que celle-ci ait été élaborée industriellement afin d'obtenir un niveau de propreté inclusionnaire nécessaire à une bonne tenue en fatigue de roulement. Le comportement mécanique du nouveau matériau a été caractérisé (comportement microplastique, plastique cyclique et tenue en compression cyclique), des essais de fatigue de roulement ont été effectués sur éprouvettes lisses et indentées, pour simuler un fonctionnement en lubrification polluée, et les pièces fatiguées ont été expertisées afin de déterminer les mécanismes d'endommagement. Enfin une contribution à la modélisation de l'endommagement en fatigue de roulement en présence d'indentations est proposée. Elle s'appuie sur les principes de la modélisation de l'endommagement en conditions normales de fonctionnement (amorçage d'une fissure sur une microhétérogénéité en sous-couche et propagation jusqu'à la surface) en prenant en compte les modélisations mécaniques, microstructurales et géométriques provoquées par l'indentation.

  • Titre traduit

    = Study of a new bearing steel for severe service conditions and modelling of its damage when contact surfaces are indented


  • Résumé

    This work as two aims: The first one is the research of a new steel composition and associated beat treatments to enhance bearing life under severe service conditions (heavy load, high temperature, and debris contaminated lubrication causing the formation of dents on the contact surface). The second one is to propose a description and a modeling of damage mechanisms of indented surfaces under rolling contact fatigue. Measurements of simple features (mainly hardness and content of retained austenite) of different laboratory cast steels after different beat treatments help to define which compositions are of interest. The chosen steel is elaborated in industrial conditions to obtain a high Level of cleanliness necessary for a good resistance under rolling contact fatigue. Its beat treatment conditions are refined. Mechanical behaviour of the new steel is characterise : stress - train curves at low deformation, cyclic plastic deformation, resistance to cyclic compression and rolling contact fatigue of flat and indented samples simulating use under contaminated lubrication. Observations of samples after fatigue help to describe damage mechanisms. A contribution to modeling of damage under rolling contact fatigue when contact surface are indented is proposed. It is based on the model of damage under normal use (initiation of a microcrack on an inclusion in the subsurface and propagation of the crack to the surface) and allows for the mechanical, structural and geometrical modifications induced by indentation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (182 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-182

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2497)
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