Etude des mécanismes d'endommagement d'aciers a roulement sollicites en fatigue : effet de défauts de surface simulant des conditions de lubrification polluée et rôle du traitement thermique

par Christophe Nicot

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Roger Fougères.


  • Résumé

    Ce travail constitue l'un des éléments d'un projet global qui vise à définir une nouvelle méthode de calcul de la durée de vie des roulements. Il porte sur l'étude des mécanismes d'endommagement d'aciers à roulement, sollicites en fatigue, avec des conditions reproduisant celles de la lubrification polluée, et concerne plus particulièrement la phase d'amorçage d'une fissure. Une étude bibliographique nous a permis de poser le problème et de montrer en particulier l'importance du traitement thermique, et donc de la microstructure, vis à vis de ce type de sollicitation. Il apparaît en effet dans ces conditions que le taux d'austénite résiduelle doit être important et la dureté suffisante. Nous présentons alors les techniques expérimentales et la méthodologie d'analyse. Puis nous montrons que l'utilisation de cycles de trempe à palier(s) permet d'obtenir sans modifier les conditions d'austénitisation à la fois une dureté et un taux d'austénite résiduelle élevés, dont la stabilité thermomécanique est alors améliorée. Nous donnons une interprétation thermodynamique de ces résultats basée sur des observations en microscopie électronique en transmission met. Nous présentons ensuite un essai de fatigue simple, pour lequel l'état de contrainte est très proche de celui obtenu pour un chargement de hertz, et ou l'effet de la pollution est simule par une indentation. Cet essai nous a permis d'étudier l'influence de la microstructure obtenue pour différents traitements thermiques et différents aciers à roulement, sur le comportement en fatigue. Enfin, nous analysons les résultats des essais de fatigue simulant le fonctionnement en condition de lubrification polluée à l'aide d'un modèle disponible au laboratoire, base sur les concepts de la métallurgie physique. Pour cela nous calculons les contraintes engendrées par la présence d'une indentation de type Vickers, en utilisant la méthode des éléments finis (concentrations de contraintes), les concepts de la métallurgie physique (contraintes résiduelles) et le concept de l'inclusion équivalente d'Eshelby. Nous retrouvons avec un très bon accord les résultats expérimentaux.

  • Titre traduit

    = A damage mechanisms study of cyclically stressed rolling bearing steels: : The effect of surface defects which simulate contaminated lubricant conditions and the effect of heat treatment.


  • Résumé

    This work constitutes one part of a more global project which is aimed at defining a new bearing life calculation method. We have studied the damage mechanisms of bearing steels cyclically stressed in contaminated lubricant simulating conditions. More precisely, we have examined crack initiation mechanisms. Firstly, a bibliographical study allows us to pose the problem and to show the importance of heat treatment, and therefore microstructure, towards this kind of solicitation. The percentage of retained austenite must be higher with a correct hardness. Secondly, we present experimental engeneering and our method of analysis. Theo, we show how interrupted quench cycles allow us, without autenisation conditions modification, to obtain in the same time, sufficient hardness and high percentage of retained austenite, which is also more thermo-mechanically stable. We have a thermodynamic interpretation of the whole part of our results based on TEM observations. Then, we have perfected a very simple fatigue test in which lubricant contamination effect is simulated by an indentation. This kind of test allows us to study the influence of microstructure obtained for different heat treatment and steel compositions, on crack initiation resistance. Finally, we have analysed fatigue test results with the assistance of a model available in the laboratory, based on the concept of physical metallurgy. To this end. We have developed a calculation method of stresses based on the FEM method (stress concentrations), dislocation approach (residual stresses) and ESHELBY concept (deformation incompatibilities).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (232 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1741)
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