Sur la tenue en service des barres stabilisatrices cambrées : influence de paramètres de mise en forme

par Feiyi Du

Thèse de doctorat en Mécanique, Énergétique, Sciences des matériaux

Sous la direction de Saïd Hariri.


  • Résumé

    L’acier 55Cr3 est mis en œuvre dans la fabrication des barres stabilisatrices cambrées (BSC) utilisées dans l’industrie automobile. Le procédé consiste en un cintrage à chaud suivi d’un traitement thermique de trempe/revenu. Les barres ainsi mises en forme subissent ensuite un grenaillage de précontrainte avant peinture et livraison au client final. L’objectif de ce travail est de fiabiliser cette fabrication en vue de garantir des performances optimales quelle que soit la provenance de l’acier. Deux lots d’acier de nuance 55Cr3 élaborés respectivement par la filière électrique et la filière fonte ont été caractérisés métallurgiquement et mécaniquement à chaque étape de la fabrication. Les résultats indiquent une légère différence de trempabilité, conduisant à des écarts inférieurs à 5% de la limite élastique à l’issue du revenu. Le nombre de cycles à rupture d’éprouvettes sollicitées en traction uniaxiale et en torsion est bien corrélé avec les limites élastiques, contrairement aux résultats obtenus sur BSC sur banc de fatigue représentatif des sollicitations de service. L’évaluation des contraintes résiduelles par diffraction des rayons X met en évidence une différence de réponse au grenaillage, qui a été reliée à la microstructure initiale, à réception de l’acier. Un modèle numérique de couplage métallo-thermo-mécanique permettant de simuler le formage des BSC et tenant compte des transformations de phase liées à la trempe a été développé. Ce modèle permet de mettre en évidence l’influence des paramètres matériaux, du process et géométriques et de calculer les contraintes résiduelles introduites par l’opération de trempe. Ceci contribue à l’amélioration de la fiabilité.

  • Titre traduit

    On the service life of cambered stabilizer bars : influence of some manufacturing processing parameters


  • Résumé

    55Cr3 steel grade is used for the manufacturing of stabilizer bars in the automotive industry. Steps in the process are hot bending followed by quench and tempering. After such forming, the bars are submitted to shotpeening before painting and final customer delivering. This work aims at improving the manufacturing reliability in order to get the best performance whatever the steel supply.In this purpose, the microstructure and mechanical properties resulting from each step of the manufacturing process have been characterized for two batches of bars made of 55Cr3 steel grade respectively elaborated by blast furnace route and by electric arc furnace route. A slight difference in quenchability has been found, which is responsible for a 5% variation in the yield strength. Samples fatigue tested under uniaxial tensile stress and torsional stress have reached an amount of cycles to failure that is in agreement with the respective yield strength. Different results have been obtained by fatigue testing complete manufactured bars under representative complex service stresses. The determination of residual stresses by X-ray diffraction shows that both steels respond differently to shotpeening, which results from differences in the as-received microstructure.A metallo-thermo-mechanics coupling model based on finite element method has been created which takes into account phase transformations during the quenching process. This model can simulate the forming process of stabilizer bar, in order to analyze the influence of material properties, processing parameters and sample geometry, to calculate the residual stresses induced by the quenching process, and improve process reliability.

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