Traitements de surface mécaniques : modélisation et caractérisations expérimentales

Mechanical Surface Treatments : Modelling and Experimental

• Auteur / Autrice : Donato Gallitelli
• Direction : Delphine Retraint, Emmanuelle Rouhaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 16/05/2018
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Véronique Favier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Rouhaud, Véronique Favier, Vincent Ji, Doïna Gordin, Gwenaelle Proust, Mario Guagliano, Patrice Peyre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Ji, Doïna Gordin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nitruration

Analyse dimensionnelle

Modèles mathématiques

Simulation par ordinateur

Contraintes résiduelles

Traitements de surfaces par laser

Grenaillage de précontrainte

Mots clés libres

Grenaillage de précontrainte

Traitements de surfaces par laser

Contraintes résiduelles

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Analyse dimensionnelle

Nitruration

Shot peening

Laser peening

Residual stresses

Digital computer simulation

Mathematical models

Dimensional analysis

Nitriding

Résumé

Les traitements de surface occupent une place très importante au niveau industriel, visant à améliorer les propriétés mécaniques des matériaux. Parmi eux, le grenaillage de précontrainte (GC) est certainement le plus renommé, même si le grenaillage ultrasonore (GUS) et le choc laser (LSP) sont de plus en plus présents. Ce travail consiste en une étude approfondie du grenaillage qui peut être divisée en trois parties. La première partie propose un modèle semi analytique pour la prédiction des contraintes résiduelles après grenaillage conventionnel ou ultrasonore. Une démarche permettant d’obtenir la déformation d’une pièce à géométrie complexe à partir des paramètres du procède de grenaillage conventionnel ou ultrasonore a été mise en place. Plusieurs simulations numériques d’impacts bille-massif ont été réalisées dans l’objectif de choisir les variables à prendre en compte dans le modèle proposé. Dans une deuxième partie, plusieurs séries de mesures expérimentales et de simulations numériques de la dynamique des billes ont été réalisées afin de permettre une optimisation et une meilleure compréhension du GUS. Dans la dernière partie de ce travail, un grand nombre de mesures expérimentales ont été menées afin d’étudier le couplage entre le grenaillage ultrasonore et la nitruration gazeuse d’un acier martensitique. Enfin, une comparaison entre le grenaillage ultrasonore, conventionnel et le choc laser est proposée

Mechanical surface treatments are widely used in manufacturing industries in order to improve mechanical properties of materials. Among them, shot peening is certainly the most known, even if ultrasonic shot peening and laser shock peening are becoming more and more common. This work consists in a large study of shot peening, divided in three parts.The first one is focused on the conception of a semi analytical model for residual stress prediction after conventional shot peening or ultrasonic shot peening. An approach able to chain the whole shot peening process, starting from process parameters to residual stress field in a structure is proposed. Several numerical simulations of shot-body impacts are carried out in order to determine the parameters of the model.In the second part of this work, a characterization of the ultrasonic shot peening process is performed thanks to many experimental measurements and shot dynamic simulations.The last part of this PhD work corresponds to an experimental analysis focused on the combination of ultrasonic shot peeing with gas nitriding on a martensitic steel. A comparison between ultrasonic shot peening, conventional shot peeing and laser shock peening effects is finally proposed