Le grenaillage par ultrasons : caractérisation du procédé et influence sur la fatigue d'alliages TiAI

Ultrasonic shot peening : caracterisation of the process and influence on the fatigue life of a TiAI based alloy

• Auteur / Autrice : Céline Pilé
• Direction : Delphine Retraint
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes mécaniques et matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux -- Fatigue

Alliages aluminium-titane

Rayons X -- Diffraction

Contraintes résiduelles

Grenaillage de précontrainte

Résumé

Le grenaillage par ultrasons est un traitement de surface utilisé pour améliorer la durée de vie en fatigue des pièces métalliques. Son principe consiste à projeter des billes sur la pièce à traiter, et ainsi à générer des contraintes superficielles de compression qui réduisent l’amorçage des fissures superficielles. L’objectif de cette étude est, d’une part, d’analyser expérimentalement l’influence des divers paramètres de ce procédé et de proposer une modélisation pour mieux le maîtriser. Il s’agit, d’autre part, d’appliquer ce procédé sur un alliage à base TiAI afin d’améliorer son comportement en fatigue. En effet, cet alliage, malgré ses bonnes propriétés mécaniques à haute température, présente un comportement à la fatigue très dispersé. Cette étude a montré que le diamètre des billes et le temps de traitement influent de façon notoire sur la flèche Almen, l’écrouissage superficiel et le profil des contraintes. La modélisation unidimensionnelle de l’interaction bille-sonotrode a mis en évidence l’importance de la distribution des vitesses de billes sur l’efficacité du procédé. Des niveaux de contraintes très élevés ont pu être introduits dans l’alliage TiAI par un traitement de grenaillage par ultrasons. Son comportement en fatigue a ainsi pu être amélioré sous certaines conditions. Pour finir, une étude en température a montré que la relaxation des contraintes est très rapide. Une corrélation a été établie entre l’évolution de la dureté et la relaxation des contraintes en température dans TiAI

Ultrasonic shot peening is a surface treatment used to improve metal part characteristics. It consists in projecting shot on the part to treat, and thus to generate compressive superficial residual stresses in order to reduce the surface crack initiation. The aim of this study is, on the one hand, to analyze the influence of the various parameters of this process and to propose a modelling to better control it. On the other hand, the process i applied to a TiAI based alloy in order to improve its fatigue behaviour. Indeed, this alloy, in spite of its good mechanical properties at high temperature, exhibits high dispersive fatigue results. This study shows that the shot diameter and the treatment time influence in an important way the Almen intensity, the surface work hardening and the stress profile. The one dimensional model of the interaction between the shot and the sonotrode reveals the importance of the speed distribution on the efficiency of the process. Very high stress levels can be introduced into the TiAI alloy using ultrasonic shot peening. Its fatigue behaviour can thus be improved for some loading conditions. To finish, a study of the temperature effect showed that the stress relaxation occurs very quickly. A correlation was established between the hardness evolution and the stress relaxation as a function of temperature in TiAI alloy