Caractérisation et amélioration de rechargements de pièces massives soumises à l’usure sous fortes sollicitations cycliques : optimisation de la tenue en service

par Maurin Duquenne

Thèse de doctorat en Mécanique, Energétique, Matériaux

Sous la direction de Saïd Hariri, Anne Mouftiez et de Eric Romero.


  • Résumé

    Cette étude a pour objectif d’optimiser la durée de vie du corps broyant du broyeur Horomill® développé par la société Fives FCB. La pièce maîtresse qui assure le broyage par compression est la frette qui est constituée d’un rechargement dur déposé par soudage sur un acier type P355NH. La frette après rechargement est assemblée par frettage sur un arbre. Ces deux opérations introduisent des champs de contraintes résiduelles qui s’ajoutent aux contraintes cycliques de service. Ces sollicitations complexes peuvent induire des endommagements de type fatigue/usure/abrasion. Dans ce travail on aborde le problème de l’amélioration de la tenue en service par les trois volets complémentaires suivants :Le premier volet s’attache à la caractérisation métallurgique et mécanique des rechargements dans l’objectif de proposer un rechargement avec une microstructure performante contre l’usure par abrasion. Le deuxième volet traite de l’influence des contraintes résiduelles dues au procédé de rechargement. Des solutions de rechargement avec sous-couche ont été étudiées. Les contraintes résiduelles associées ont été déterminées. Des essais de fatigue en flexion trois points avec ces différentes configurations ont été menés pour évaluer leur influence sur la durée de vie et l’amélioration apportée par les sous-couches.Le troisième volet s’intéresse au dimensionnement de ces structures. Afin de généraliser les résultats obtenus et d’aborder le problème de fatigue, une modélisation numérique par éléments finis a été réalisée. Cette modélisation considère le problème depuis la phase de frettage jusqu’au calcul de durée de vie en fatigue.

  • Titre traduit

    Characterization and improvement of hardfacings on massive parts submitted to wear with high cyclic loads : optimization of the fatigue life


  • Résumé

    This study aims at improving the fatigue life of Horomill® grinding media designed and produced by the company Fives FCB. The main part which ensures the grinding is the sleeve. Hardfacing is welded on a P355NH steel substrate. After this operation the sleeve is shrunk on a shaft. Both operations introduce residual stress fields which add to cyclic contact loads and may lead to fatigue/wear/abrasion damage. Three complementary approaches are investigated in this work in order to improve the fatigue limit of the part :The first one deals with the metallurgical and mechanical characterization of various hardfacing deposits in order to recommend one with a microstructure adapted to abrasive wear.The second one is about the influence of residual stresses introduced by the welding operations. Hardfacing deposits with buffer layers have been studied and the relevant residual stress fields have been determined. Three point bending fatigue tests have been realized with the different hardfacing configurations to assess their influence on the service life. The aim of these fatigue tests is also to estimate the improvement provided by the buffer layer.The third one focuses on the design of such structures. Numerical modelling by finite element method has been performed in order to investigate the influence of design parameters on fatigue life. The model starts with stress computation from the shrinking operation and ends with the determination of the fatigue life of the sleeve.


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