Endommagement des outillages de forgeage traités par nitruration : Etude et modélisation

par Christophe Daffos

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Farhad Rezaï-Aria.

Soutenue en 2004

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    La durée de vie des aciers est limitée par les endommagements qui se développent en surface et dans le matériau au cours des cycles. En surface, les interactions avec l'environnement sont responsables des mécanismes de fissuration et de l'amorçage des fissures principales. Les cinétiques d'oxydation cyclique et statique ont été calculées. Dans le même temps le matériau soumis à l'effet simultané de la température et de la contrainte connaît des évolutions microstructurales fortes. Outre son comportement particulier sous l'effet de contraintes cycliques et de températures élevées, les couches de nitruration connaissent de fortes évolutions chimiques et physiques en conditions de tests. L'utilisation d'un renforcement thermochimique de surface (nitruration) limite le développement de l'oxydation en surface. Mais une déformation critique existe au-delà de laquelle les couches d'extrême surface se rompent très rapidement. Deux modèles de la prédiction de la durée de vie ont été proposés compte tenu des conditions de tests en laboratoire (elles reproduisent les sollicitations réelles que subissent les pièces en service) Le premier reprend la formulation de Manson Coffin mettant en jeu la déformation plastique. Le second décrit de manière précise les mécanismes de fissuration depuis l'amorçage jusqu'à la rupture. Ce dernier autorise la prédiction de la durée de vie avec un facteur de moins de trois pour les sollicitations les plus complexes développées au laboratoire : la fatigue thermique. La validation de ces modèles a mis en jeu les résultats d'essais obtenus par d'autres laboratoires. De plus, la comparaison entre ces moyens de prédiction, permet de mieux cerner mes mécanismes mis en jeu. Ainsi, le modèle de Manson Coffin permet de prédire le nombre de cycles à propagation pour les types de tests utilisés

  • Titre traduit

    Damage in nitrided tool steels : analyse and modelisation


  • Résumé

    The fatigue life of tool steels is controlled by internal and superficial damage. On the surface, the initiation of crack can be described by the interactions between fatigue and environment. Differences between cyclic and static oxidation rules have been observed. In the core, microstructural evolutions due to temperature and mechanical sollicitations exist and can be quantified. In fact, under cyclic stress and high temperature, the microstructural composition (precipitate distribution) and the physical properties change during the test (dislocation density). The use of nitrided coating modified the surface oxidation kinetic. Moreover, nitruration treatment can increase the fatigue life while the imposed mechanical deformation is menus than a critical deformation value (about 1%). Quasi-fragile behavior of nitrided coating is observed for strain higher than 1%. In order to predict the fatigue life, two predictive models have been elaborated in laboratory depending on thermo-mechanical conditions. The first, based on Manson Coffin formulation, introduces plastic strain as main factor. The second describes precisely cracking phenomenons with initiation and propagation phases. The effect of oxidation is introduced. These two models permit to predict the duration of life in thermal fatigue configurations. The validation of our model uses the results of other laboratories. Moreover, the comparison between these two predictive models permits to better understand the damaging mechanical mechanism. In the end, Manson Coffin rule successes in defining the number of cycles to propagate the main crack

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Informations

  • Détails : 1 vol. (195 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury. Thèse confidentielle jusqu'en janvier 2009
  • Annexes : Bibliogr. p. 167-176

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2004/719/DAF
  • Bibliothèque : Ecole des Mines d'Albi. Centre de documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : N140-DAF
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