Etude expérimentale de la fissuration des aciers 40-NCD-16 et XC-18 par impact et usinage rapide : application à l'analyse des déformations par imagerie numérique

Experimental study of cracking in 40-NCD-16 and XC-18 steels by impact and high speed machining : application to deformation analysis by numerical imaging

• Auteur / Autrice : Laurent Faure
• Direction : Janusz Roman Klepaczko, Alain Molinari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fissuration

Acier

Usinage

Cisaillement (mécanique)

Résumé

La problématique de l'étude est située autour du phénomène du cisaillement adiabatique, associé aux grandes vitesses de déformations. Deux matériaux sont étudiés, un acier martensitique 40-NCD-16 et un acier mi-dur XC-18. Un dispositif expérimental modulaire a été conçu, capable de générer soit un chargement dynamique en mode ii, soit de simuler la coupe orthogonale à grande vitesse. Plusieurs innovations ont été apportées lors de sa conception : (i) un rail guidage installé élimine la rotation du projectile et assure son positionnement précis par rapport aux éprouvettes, (ii) un système de mesure des efforts est réalisé au moyen d'un tube d'Hopkinson, (iii) un système de prises de vues composé de caméras ccd rapides fournit des images numériques des essais. Lors des impacts sur des plaques entaillées, les résultats obtenus sur le 40-NCD-16 sont assez surprenants vis-à-vis des bandes de cisaillement adiabatique (bca) produites. Celles-ci s'initient sur la face d'impact et se propagent vers les faces supérieures et inférieure des éprouvettes. Les résultats de la littérature rapportent une propagation dans le prolongement des entailles. D'autres essais réalisés sur des plaques en XC-18, d'une autre géométrie engendrent trois différents modes de rupture en fonction de la vitesse d'impact. Une vitesse critique apparait correspondant à une rupture par bca. Une analyse microscopique de la déformation, basée sur l'étude d'images numériques de zones déformées au voisinage du domaine d'impact, conduit à des résultats sur les dimensions des grains et leurs déformations. Elle permet de lier le phénomène de localisation avec des mécanismes microstructuraux tels que l'allongement et la rotation des grains. Une dernière analyse est entreprise en usinage rapide. Une corrélation est établie entre le niveau des efforts mesures et la morphologie des copeaux. La présence de bca est mise en évidence dans des copeaux segmentés qui se traduit par une diminution des efforts de coupe

This study is aimed at analysing the adiabatic shear phenomenon with high strain-rate behaviour. Two materials are studied : a martensitic steel (40-NCD-16) and a medium carbon steel (XC-18). A new experimental device has been designed to generate dynamic load in mode II and to reproduce the orthogonal cutting process at very high speed. This experimental device presents few innovations : (i) the projectile is guided in the launch tube for an optimal precision of the trajectory and to ensure that no rotation of the projectile may occur, (ii) a strain gages set is realised on the Hopkinson tube for the measurement of stress, (iii) numerical images of tests are given by a system made up CDD rapid cameras. The adiabatic shear band (ASB) obtained onto 40-NCD-16 prenotched plate are quite surprising. They are initiate on the impact face and propagate to the upper and lower side of the specimen. The results found in literature gives a propagation in the notch continuation. Tests on other germany plate of XC18 give three different breaking modes as a function of impact rate. A critical rate corresponding with a breaking ASB is defined. A microscopic analysis of deformation, with a numerical image study method near the impact zone, give the results on dimensional and deformation of grains. The phenomenon of localisation can also be connected with microstructural mechanism (elongation and rotation of grains). The effects of the very high cutting speed on the chip segmentation are lastly studied. The results obtained show that the evolution of the cutting force, in terms of rake angle and cutting velocities, can be correlated to morphological aspects. The cutting force are decreasing with the occurence of the shear banding