Endommagement et cumul de dommage en fatigue dans le domaine de l'endurance limitée d'un acier inoxydable austénitique 304L

Low cycle fatigue : high cycle fatigue damage accumulation in a 304L austenitic stainless steel

• Auteur / Autrice : Yoann Lehericy
• Direction : José Méndez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écrouissage

Rugosité

Matériaux -- Fissuration

Matériaux -- Fatigue

Résumé

Cette étude s’est attachée à estimer les répercussions d’un cyclage dans le domaine oligocyclique sur la limite de fatigue d’un acier inoxydable austénitique 304L. Les effets d’un écrouissage et d’une rugosité sévère (meulage) ont été examinés. La première étape de ce travail a consisté à caractériser le dommage en surface induit par différents pré-cylages. Elle a permis d’identifier les mécanismes et la cinétique de l’endommagement de l’acier inoxydable 304L dans le domaine de la fatigue oligocyclique en fonction de l’état de surface. Les échantillons pré-cyclés ont ensuite été sollicités en endurance afin d’établir les limites de fatigue associées à chacun des pré-endommagements. Les résultats indiquent que, tant que des fissures ne se sont pas amorcées à la surface des échantillons, le pré-cyclage a peu d’influence sur la limite d’endurance du 304L. Dans le cas du matériau poli, un certain nombre de cycles de pré-endommagement est nécessaire pour amorcer des fissures et affecter la limite de fatigue alors que, dans le cas du matériau meulé, un nombre de cycles bien moindre conduit à l’amorçage de fissures et suffit ainsi à faire chuter la limite d’endurance de manière importante. La limite de fatigue du matériau présentant des fissures en surface peut être estimée à l’aide du seuil de propagation. D’autre part, cet effet néfaste d’un état de surface sévère est accentué lorsqu’une contrainte moyenne est imposée.

The aim of this study was to evaluate the consequences of a Low Cycle Fatigue pre-damage on the subsequent fatigue limit of a 304L stainless steel. The effects of hardening and severe roughness (grinding) have also been investigated. In a first set of tests, the evolution of the surface damage induced by the different LCF pre-cycling was characterized. This has permitted to identify mechanisms and kinetics of damage in the plastic domain for different surface conditions. Then, pre-damaged samples were tested in the High Cycle Fatigue domain in order to establish the fatigue limits associated with each level of pre-damage. Results evidence that, in the case of polished samples, an important number of cycles is required to initiate surface cracks ant then to affect the fatigue limit of the material but, in the case of ground samples, a few number of cycles is sufficient to initiate cracks and to critically decrease the fatigue limit. The fatigue limit of pre-damaged samples can be estimated using the stress intensity factor threshold. Moreover, this detrimental effect of severe surface conditions is enhanced when fatigue tests are performed under a positive mean stress