Numerical simulations of the shot peening process of materials initially treated by carburizing or carbonitriding - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2011

Numerical simulations of the shot peening process of materials initially treated by carburizing or carbonitriding

Modélisation numérique du grenaillage des pièces initialement cémentées ou carbonitrurées

(1)
1
Pierre Renaud
  • Function : Author
  • PersonId : 905004

Abstract

Surface treatments are increasingly used to enhance fatigue resistance of metallic parts by improving material properties. At PSA Peugeot Citroen Company, some parts are treated thermo-chemically (by carburizing or carbonitriding) before shot-peening, in order to benefit from the advantages of each treatment. The aim of this study is to understand the combination of the effect of thermochemical treatments and of shot peening on the generation of residual mechanical fields. Experimental investigations have highlighted the following effects of shot-peening on a carburized (or carbonitrided) material in the surface layer: (a) shot-peening increases the hardness, (b) it increases considerably the level of residual stresses, (c) it makes it possible to transform residual austenite into martensite. This study deals with a finite element model of shot peening after thermochemical treatments. Mechanical state resulting from thermo-chemical processes are implemented in the model from experimental data obtained by X-ray diffraction stress analyses. Consequently, the shot-peening numerical simulation takes into account this initial state in terms of residual stresses, plastic strains and hardening parameters. Besides, the material exhibits a gradient of microstructure and mechanical properties due to the thermochemical treatment. Thus, it is modeled as a composite material, where the gradient of mechanical properties (stress-strain curve at a given depth) is linked to the in-depth measured hardness. This model is used to estimate the residual stress and plastic strain gradient following the shot peening process of an already thermochemically treated component.
Les traitements de surface sont des moyens de plus en plus utilisés pour augmenter la résistance en fatigue des pièces métalliques en améliorant les propriétés du matériau. Chez PSA Peugeot Citroën, certaines pièces sont traitées thermochimiquement (par cémentation ou carbonitruration) avant d'être grenaillées de manière à tirer profit des avantages respectifs de chaque procédé. Cette étude a pour but de comprendre l'effet du couplage entre ces deux traitements de surface sur la génération des champs mécaniques. Des investigations expérimentales ont permis de mettre en évidence les effets suivant du grenaillage sur un matériau cémenté (ou carbonitruré) dans la couche superficielle: (a) le grenaillage augmente la dureté, (b) il augmente considérablement le niveau des contraintes résiduelles, (b) il permet de transformer de l'austénite résiduelle en martensite. Un modèle élément fini du grenaillage des pièces ayant été traitées thermochimiquement a été étudié. L'état mécanique après traitements thermochimiques a été déterminé expérimentalement par diffraction des rayons X. Le modèle du grenaillage prend en compte cet état initial en termes de contraintes résiduelles, déformations plastiques et de variable d'écrouissage. Le matériau est donc à gradient de propriété et se comporte tel un véritable composite. La loi de comportement en profondeur est obtenue en liant le profil de dureté aux propriétés du matériau. Le modèle permet d'estimer, entre autres, les profils des contraintes et des déformations plastiques des pièces préalablement traitées thermochimiques.
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Dates and versions

pastel-00606275 , version 1 (06-07-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00606275 , version 1

Cite

Pierre Renaud. Modélisation numérique du grenaillage des pièces initialement cémentées ou carbonitrurées. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2011. Français. ⟨NNT : 2011ENAM0018⟩. ⟨pastel-00606275⟩

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