Limite d'endurance et durée de vie en fatigue de roulement du 32CrMoV13 nitruré en présence d'indentations

= Endurance limit and rolling contact fatigue life of nitrided 32CrMoV13 steel with surface dents

• Auteur / Autrice : Christophe Jacq
• Direction : Gérard Lormand, Daniel Nélias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007) - LMC - Laboratoire de Mécanique des Contacts (Lyon, INSA1962-2003)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Nitruration

Élasticité

Matériaux -- Fatigue

Résumé

Ce travail est consacré à l'étude des mécanismes d'endommagement du 32CrMoV13 nitruré sollicité en fatigue de roulement en présence d'indentations. Dans un premier temps, nous avons développé un code de contact élastoplastique semi-analytique permettant la prise en compte d'un chargement roulant. Ce code, nécessaire à la simulation du rodage des indents, a été validé en comparant ses résultats avec des simulations réalisées avec le logiciel d'éléments finis ABAQUS et avec des résultats expérimentaux. Dans une seconde étape, nous avons mis au point une méthode de mesure locale de micro-limite d'élasticité par nano-indentation en tenant compte de la présence éventuelle de contraintes résiduelles. Nous l'avons alors appliquée à la mesure du profil de micro-limite d'élasticité du 32CrMoV13 nitruré. Nous avons également mis en lumière l'influence de la géométrie des pièces nitrurées sur les contraintes résiduelles de nitruration. Dans une troisième étape, nous avons étudié le comportement expérimental du 32CrMoV13 nitruré sollicité en fatigue de roulement en présence d'indentation. Nous avons alors pu mettre en évidence le rôle prépondérant du glissement et nous avons identifié deux zones d'initiation de l'endommagement. Enfin, nous avons analysé le processus d'indentation et le passage du corps roulant sur l'indent. Nous avons alors pu déterminer quels indents dépassent la limite d'endurance et sont susceptibles de s'endommager, classer les indents selon leur dangerosité relative et comparer les qualités relatives du 32CrMoV13 nitruré et du M50 quant à la tenue à la fatigue de roulement en présence d'indentation.

The purpose of this work was to study the damage mechanisms of nitrided 32CrMoV13 steel when submitted to rolling fatigue in the presence of indentations. A semi analytical elastoplastic contact code that can take into account vertical and rolling loading is first presented. This code, that is necessary to simulate the running in of dents, was validated by comparing its results both with the simulations carried out with the finite elements software ABAQUS and with experimental results. Second, a local micro-yield stress measurement procedure based on the nano-indentation test was developed. This method, which considers the presence of residual stresses, was applied to the measurement of the micro-yield stress profile of the nitrided 32CrMoV13 steel. The influence of the geometry of nitrided parts on residual stresses due to nitriding was also shown. Third, the experimental behaviour of nitrided 32CrMoV13 steel submitted to rolling contact fatigue in the presence of indentations was studied. The dominating role of sliding has been highlighted and two areas where damage initiates were identified. Lastly, the indentation process and the rolling of a body over a dent have been analysed. Indents that exceed the limit of endurance and are likely to damage were identified and classified according to their relative severity. The behaviour of nitrited 32CrMoV13 steel and M50 submitted to rolling contact fatigue in the presence of indentations was finally compared.