Modélisation du grenaillage d’un alliage de nickel avec prise en compte de l’écrouissage et de la microstructure

Shot-peening model of a nickel alloy considering work-hardening and microstructure

• Auteur / Autrice : Vincent Boyer
• Direction : Emmanuelle Rouhaud, Delphine Retraint
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 20/11/2017
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : : IRT M2P
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Bergheau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Rouhaud, Delphine Retraint, Jean-Michel Bergheau, David Gloagen, Guillaume Kermouche, Mario Guagliano, Guillaume Racineux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Gloagen, Guillaume Kermouche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Barres de Hopkinson

Éléments finis, Méthode des

Écrouissage

Contraintes résiduelles

Grenaillage de précontrainte

Mots clés libres

Grenaillage de précontrainte

Contraintes résiduelles

Écrouissage

Éléments finis, Méthodes des

Barres de Hopkinson

Shot peening

Residual stresses

Strain hardening

Finite element method

Hopkinson bar

Résumé

Le grenaillage de précontrainte est un procédé de traitement de surface répandu dans le domaine industriel permettant d’augmenter la durée de vie en fatigue d’une pièce mécanique. Ce procédé demeure néanmoins empirique en raison de mécanismes mal maitrisés liés à la dissipation des contraintes résiduelles.Pour ces raisons, les disques de turbine haute pression forgés en Inconel 718 produits par Safran Aircraft Engines sont grenaillés sans que le procédé ne soit intégré à la phase de dimensionnement, à des fins purement conservatives. Les impératifs de compétitivité et de sécurité créent le besoin d’un modèle prédictif du procédé et du gain en durée de vie pour une pièce à géométrie complexe. Cette thèse est rattachée au projet CONDOR (CONtrainte, DimensiOnnement Relaxation) qui se donne pour objectif de répondre à ce besoin. Le présent travail en est la première étape, et a pour but de mettre en place un modèle numérique rendant compte de l’écrouissage généré au cours du procédé. Ce paramètre a une influence de premier ordre sur la relaxation des contraintes résiduelles.Une caractérisation poussée du matériau, tenant compte du comportement visqueux de l’Inconel 718 est réalisée, permettant, la mise en place d’un modèle numérique de grenaillage. Ce modèle prédit l’état de contrainte résiduelle et d’écrouissage, et offre une vision statistique des résultats. Une vaste campagne expérimentale de mesure par DRX sur éprouvettes grenaillées a permis de corréler le modèle. Celui-ci est ensuite utilisé afin de caractériser l’état mécanique post-grenaillage

Shot-peening in a surface treatment used in the industry to enhance fatigue life of a mechanical part. Nonetheless, this process remains empirical as complex phenomena linked with residual stress relaxation are not well understood yet. For these reasons, peening step of turbine disks produced by Safran Aircraft Engines, made in Inconel 718, is not considered in the dimensioning phase of the part. Today there is a need for a precise prediction of the process and the life enhancement of peened parts. This thesis is part of the CONDOR project, the objective of which is to answer this need. This work is the first step, and its goal is to build a numerical model of shot-peening able to predict the work-hardening state after the process. In fact this parameter is known to have an important role in the relaxation of residual stress.Complete assessment of the mechanical behavior of Inconel 718 is first proposed. Then the numerical model is built, able to adress the stress and work-hardening state of the peened part. A statistical approach is also proposed. An important XRD experimental campaign on peened sampled was led to correlate the model. Finally, the simulation is used to predict the mechanical state after shot-peening