Etude expérimentale et numérique du faïençage thermique en rectification du 32CrMoV13 nitruré

par Alexis Van Robaeys

Thèse de doctorat en Mécanique et ingénierie

Sous la direction de Hédi Hamdi.


  • Résumé

    Helicopter power transmission parts are manufactured in high-tensile steel 32CrMoV13, which is case-hardened by nitriding. After nitriding, functional surfaces such as bearing races are grinded in order to give them adequate tolerances, roughness and surface topology. When not properly controlled, the grinding operation can create micro-crack networks on the finished surface. The aim of the study was to gain an understanding of the phenomenon by determining the local conditions at the surface generating and propagating the cracks. A literature study highlighted a strong link between micro-cracks and cyclic thermal loads. This load was identified for grinding operations by measuring the temperature and forces at the tool-workpiece interface. The results have shown a strong link between specific removal rate, efforts, and thermal load. The analysis of residual stresses after grinding showed the existence of a transition domain in which the surface is not cracked, but is in a tensile state. A 3D thermo-mechanical numerical model for grinding of nitrided 32CrMoV13 steel was developed using SYSWELD®, in order to predict the residual stress distribution in the workpiece after grinding. It uses a pure thermal load to represent the action of the tool on the surface. Its magnitude and distribution were studied in order to accurately represent the material removal induced by the grinding wheel. Thanks to the simulations, the degradation mechanism was exposed: under the thermal load, the matter heats up locally and undergoes a high compression, surpassing its tensile stress. During cooling, the damaged matter then passes to a tensile state, prone to cracking.

  • Titre traduit

    Experimental and numerical study of heat checking during grinding of nitrited 32CrMoV13 steel


  • Résumé

    Les éléments de transmission d’hélicoptère sont réalisés en acier à haute limite d’élasticité 32CrMoV13. Les pièces sont nitrurées afin de leur conférer une dureté superficielle élevée. Après nitruration, les surfaces fonctionnelles telles que les pistes de roulements sont rectifiées afin de respecter des tolérances géométriques, de rugosité et de topologie de surface. Lorsque non-maîtrisée, l’opération de rectification peut générer des réseaux de microfissures sur la surface finie. Ce défaut est communément appelé faïençage. Le but de l’étude était de comprendre ce phénomène grâce à la détermination des conditions locales qui génèrent et propagent ces fissures à l’interface meule-pièce. Une étude de la bibliographie a mis en avant un lien fort entre faïençage et sollicitations thermiques cycliques. L’identification de cette sollicitation en rectification a été réalisée grâce à des relevés de température et d’efforts à l’interface outil/pièce. Les résultats ont démontré une corrélation entre le débit spécifique, les efforts et le flux thermique absorbé par la pièce. L’analyse des contraintes résiduelles après rectification a permis de mettre en évidence l’existence d’un domaine de transition dans lequel la surface n’est pas fissurée, mais comporte des contraintes résiduelles de traction. Un modèle thermomécanique 3D de rectification du 32CrMoV13 nitruré a été développé dans le logiciel de simulation par éléments finis SYSWELD® pour prédire la distribution de contraintes résiduelles dans une pièce après rectification. L’action de l’outil est reproduite par un chargement thermique pur. Sa puissance et sa distribution ont été étudiées afin qu’il représente l’enlèvement de matière engendré par la meule. Grâce à la simulation, le mécanisme d’endommagement a pu être visualisé : sous le chargement, le matériau s’échauffe localement et subit ainsi une compression dépassant sa limite d’élasticité. Lors du refroidissement, le matériau endommagé bascule ensuite dans un état de traction, propice à la fissuration. .

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXII-157 p.)
  • Annexes : Bibliogr., index

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  • Bibliothèque : Ecole nationale d'ingénieurs. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : VANR
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