Influence de l'état de surface sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles de l'acier inoxydable austénitique 304L

par Sébastien Petitjean

Thèse de doctorat en Mécanique des solides et matériaux

Sous la direction de José Méndez.


  • Résumé

    Cette étude s'est attachée à décrire l'influence de l'état de surface sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles de l'acier inoxydable austénitique 304L. L'effet de la rugosité, de l'écrouissage et des contraintes résiduelles de surface a particulièrement été étudié. La première étape de ce travail a consisté à produire divers états de surface. Des modes de préparation par tournage, meulage, polissage et sablage ont, pour ce faire, été choisis. La rugosité, l'état microstructural (dureté, transformations de phase) et les contraintes résiduelles de surface des échantillons alors obtenus ont été déterminés. Ces derniers ont ensuite été cyclés en fatigue sous divers rapports de charge, contraintes moyennes et températures imposés. Les résultats mettent clairement en évidence l'influence de l'état de surface sur la résistance à la fatigue du 304L. Cette influence est néanmoins plus prononcée, à la température ambiante et pour une contrainte moyenne d'essai positive. Pour l'ensemble des conditions d'essais explorées, une dégradation de l'état de surface par meulage conduit à une réduction de la limite d'endurance par rapport aux échantillons polis. Les résultats montrent également que, dans le cas d'échantillons présentant des défauts de surface de forte acuité, l'application d'une contrainte moyenne positive conduit à un effet plus marqué. L'étude de l'influence relative des divers paramètres de surface, pour un rapport de charge positif et à la température ambiante, montre que le profil de rugosité et l'écrouissage de la surface sont les deux facteurs les plus influents. Les contraintes résiduelles jouent, pour leur part, un rôle secondaire, en raison de leur relaxation rapide lors de l'application des premiers cycles d'effort. Au-delà de la détermination de l'influence de chacun des paramètres de surface sur le comportement en fatigue du 304L, l'estimation des phases d'amorçage et de propagation pour chaque condition d'essai a permis de mettre en évidence des processus différents en fonction du rapport de charge. La propagation des fissures apparaît en effet être contrôlée par le paramètre DK au rapport de charge positif et par Dep/2 en traction-compression.

  • Titre traduit

    Influence of surface finish on the high cycle fatigue behavior of a 304L austenitic stainless steel


  • Résumé

    This work has dealt with the influence of surface finish on the high cycle fatigue behavior of a 304L. The role played by roughness, surface hardening and residual stresses has been particularly described. First part of this study has consisted of the production of several surface finishes. These latter were obtained by turning, grinding, mechanical polishing and sandblasting. The obtained surfaces were then characterised in terms of roughness, hardening, microstructure and residual stresses. Fatigue tests were finally conducted under various stress ratios or mean stresses at two temperatures (25ʿC and 300ʿC). Results clearly evidenced an effect of the surface integrity on the fatigue resistance of the 304L. This influence is nevertheless more pronounced at ambient temperature and for a positive mean stress. For all explored testing conditions, the lowest endurance limit was obtained for ground specimens whereas polished samples exhibited the best fatigue strength. Results also cleared out a detrimental influence of a positive mean stress in the case of specimens having surface defaults of a great acuity. The study of the relative effect of each of the surface parameter, under a positive stress ratio and at the ambient temperature, showed that roughness profile and surface hardening are the two more influent factors. The role of the residual stresses remains negligible due to their rapid relaxation during the application of the first cycles of fatigue. The estimation of the initiation and propagation periods showed that mechanisms differed as a function of the applied stress ratio. Crack propagation is governed by the parameter DK at a positive stress ratio and by Dep/2 in the case of tension-compression tests.

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Informations

  • Détails : IX-287 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 101 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Poitiers. Service commun de la documentation. Section Sciences, Techniques et Sport.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 03/POIT/2269-A
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  • Disponible pour le PEB
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