Evolution of shot-peened layers subjected to mechanical loads of the TRIP 780 steel - Study of the relaxation and life duration - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2018

Evolution of shot-peened layers subjected to mechanical loads of the TRIP 780 steel - Study of the relaxation and life duration

Evolution des couches grenaillées sous sollicitations mécaniques de l'acier TRIP780 - Etude de la relaxation des contraintes et de la durée de vie en fatigue

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Abstract

Shot peening process aim at enhancing life duration of mechanical parts in industry. Balls introduce a compressive state on the surface of the part by strain hardening the subsurface which must be accommodated by elastic strain. Compressive residual stresses are mainly the origin of the enhancing life duration. These residual stresses evolve during thermomechanical solicitations after shot-peening. Relaxation and life duration are studied at the phase scale in the TRIP780 steel – a multiphased steel (bainite, ferrite and austenite) owning a metastable austenitic phase which can transform in martensite under thermomechanical solicitations. In this steel, life duration gain depends on the compressive residual stresses stability in the different phases during cyclic loads. Bending test were carried out on thick samples to determine life duration in function of shot-peening conditions. With interrupted cyclic test, the evolution of the residual stress profile, phase partition and integral width were characterized by X-ray diffraction in ferritic and austenite phases showing the relaxation of residual stresses following the mechanical loads (loading level and number of cycle). With these experimental results, finite element simulations were carried out to forecast the relaxation. After residual stress numerical generation (fictive thermal method), global and by-phase comportment models were proposed in the case of the low number cycles. In the last part, a post-treatment by multiaxial fatigue criterion like Crossland one integrating relaxation results was proposed. The results were compared to the experimental fatigue curves.
Le procédé de grenaillage permet d’améliorer la durée de vie en fatigue des pièces mécaniques dans l’industrie. La mise en compression de la surface par les billes introduit un gradient de déformations inélastiques hétérogènes qui engendre un champ de contraintes résiduelles. Ce sont principalement ces contraintes résiduelles de compression qui sont à l’origine du gain de durée de vie. Les contraintes résiduelles générées évoluent lors des sollicitations thermomécaniques des composant mécaniques après grenaillage. La relaxation et la fatigue ont été étudiées à l’échelle des phases sur l’acier de type TRIP780, acier multiphasé (ferrite, bainite, austénite) possédant une phase austénitique résiduelle susceptible de se transformer en martensite sous un chargement thermomécanique. Pour cet acier, le gain de durée de vie dû au grenaillage est dépendant de la stabilité des contraintes résiduelles de compression dans les différentes phases au cours des chargements mécaniques généralement cyclique. Des essais de flexion cycliques ont été réalisés sur des éprouvettes planes afin de déterminer les durées de vie en fonction des conditions de grenaillage. Avec l’aide d’essais cycliques interrompus, l’évolution des profils de contraintes, de dosage de phase et des largeurs intégrales ont été caractérisée par diffraction des rayons X dans les phases ferritiques et austénitique montrant ainsi la relaxation des contraintes résiduelles en fonction du chargement mécanique appliqué (niveau des contraintes et nombre de cycles). A partir de ces différents résultats, des simulations utilisant la méthode des éléments finis ont été développées pour prédire la relaxation. Après génération numérique des champs de contraintes dans l’éprouvette (méthode thermique fictive), des modèles de comportement élastoplastiques globaux et par phases ont été proposés dans le cas de faibles nombres de cycle. Dans une dernière partie, un post-traitement global par critère de fatigue multiaxial de type Crossland intégrant les résultats sur la relaxation a été proposé. Les résultats ont alors été comparés aux courbes expérimentales de fatigue.
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Cite

Clément Mauduit. Evolution des couches grenaillées sous sollicitations mécaniques de l'acier TRIP780 - Etude de la relaxation des contraintes et de la durée de vie en fatigue. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2018. Français. ⟨NNT : 2018ENAM0027⟩. ⟨tel-01950265⟩
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