Taking into account characteristics of forged parts in high cycle fatigue
Prise en compte des spécificités des pièces forgées en fatigue illimitée
Résumé
The aim of this work is to use a product-process approach in order to optimize high cycle fatigue properties of forged parts. Then, it is essential to take into account residual stresses and also anisotropic properties of forged parts, to take benefit of the potential properties provided by this forming process. These anisotropic properties depend on the direction of solicitations compared to the grain flow orientation. The behaviours of material containing defects (inclusions above a critical size in our case), for which the fatigue properties depend directly on defects, and materials "without defects", are both studied. In the case of ductile inclusions, the anisotropic properties are mainly induced by the stretching of these inclusions. A modified Murakami criterion is proposed for such materials and the microstructural part of the anisotropy is also studied. In the same time we determine how to model the grain flow orientation in the numerical software Forge3®, which is devoted to the simulation of forming process. This new variable must be used afterwards to calculate the modified criterion. Finally, a full optimization loop including forging and fatigue calculation is carried out on a real part.
Ce travail s'inscrit dans une démarche d'intégration produit-procédé en vue d'optimiser les propriétés en fatigue illimitée des pièces de forge. Dans le domaine de la fatigue, afin de tirer bénéfice du procédé de forgeage il est indispensable de tenir compte, d'une part, des contraintes résiduelles issues de la mise en forme, mais également du comportement anisotrope des pièces, fonction de la direction des sollicitations vis-à-vis du fibrage de la pièce. Nous distinguons les matériaux dits sains et les matériaux à défaut, pour lesquels le comportement en fatigue est tributaire des inclusions. Pour ces derniers, dans le cas d'inclusions malléables, l'allongement des inclusions suivant la direction du fibrage constitue l'origine principale de l'anisotropie observée. Un critère dérivé de l'équation de Murakami est alors proposé. Une partie de l'anisotropie provient néanmoins de la microstructure, et cet aspect est également étudiée. Parallèlement, nous nous attachons à décrire de quelle manière le fibrage peut être modélisé dans le logiciel de simulation numérique de mise en forme Forge3®, pour être ensuite utilisé dans le calcul du critère de fatigue proposé. Une stratégie d'optimisation complète incluant calculs de forgeage et de fatigue est finalement illustrée sur une pièce réelle.
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