Effet de l'espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l'acier perlitique C70.

Effect of the interlamellar spacing on the monotonic and cyclic behavior of C70 pearlitic steel

• Auteur / Autrice : Houda Yahiaoui
• Direction : Chedly Braham
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux
• Date : Soutenance le 02/07/2013
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM en cotutelle avec ecole supérieure des sciences et technique de tunis
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procedes et Ingenierie en Mécanique et Matériaux [Paris]
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Sprauel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chedly Braham, Habib Sidhom, Andrzej Baczmanski
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Manuel François, Habib Sidhom

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acier perlitique

Rayons X -- Diffraction

Acier -- Fatigue

Mots clés libres

Acier perlitique

Espacement interlamellaire

Comportement monotone

Fatigue giga-cyclique

Pearlitic steel

Interlamellar spacing

Monotonic behavior

Gigacycle fatigue

Résumé

L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement sous chargements monotone et cyclique de l’acier perlitique C70 a été étudié. Une démarche expérimentale conjuguant les essais de traction « in-situ » sous DRX et traction « in-situ » sous MEB couplées à une modélisation auto-cohérente a été adoptée. Les essais ont été effectués sur deux microstructures, à deux espacements interlamellaires différents. Il a été montré que l'écoulement plastique de la perlite est contrôlé par celui de la ferrite lequel est gouverné par l’espacement interlamellaire, il en est de même pour les distributions des contraintes résiduelles. La modélisation auto-cohérente met en évidence l'anisotropie élastique à l'échelle des phases et l'effet de l'espacement interlamellaire sur les rigidités et les limites d'écoulement directionnelles. L'analyse microstructurale des mécanismes de déformation montre que la déformation plastique de la perlite est caractérisée par le développement de bandes de cisaillement. Ces bandes sont le siège de l'amorçage des fissures par cisaillement des lamelles de cémentite pour les taux de déformation élevés. L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement en fatigue giga-cyclique a été étudié par des essais de fatigue sous une fréquence de 20 KHz. Des différences de 30 MPa, pour la perlite à SP= 230 nm et de 50 MPa pour la perlite à SP= 170 nm entre les limites de fatigue conventionnelle (106cycles) et giga-cyclique (109cycles) ont été obtenues. L’effet de l’espacement interlamellaire sur le comportement en fatigue apparait peu significatif comparativement aux caractéristiques mécaniques de traction. Les limites de fatigue giga-cycliques obtenues intègrent l’effet bénéfique des contraintes résiduelles stabilisées ainsi que les effets d’écrouissage induit par l’usinage et par écrouissage cyclique. L’examen des sites d’amorçage, révèle essentiellement un amorçage en surface dans le domaine méga-cyclique et mixte en surface et/ou en sous-couches dans le domaine giga-cyclique. Ces résultats peuvent être interprétés sur la base des effets des propriétés de surface stabilisées et de la microstructure. Le recours à un critère de fatigue de type Goodman permet d’identifier d’une manière qualitative la contribution des différents facteurs d’influence, ci-dessus cités, dans l’amorçage des fissures de fatigue.

The effect of interlamellar spacing on the monotonic and cyclic behavior of C70 pearltic steel was investigated. Tensile tests under scanning electron microscope and under X-ray diffraction coupled with self-consistent model have been used. Tests have been carried out on two microstructures with different interlamellar spacing. It has been demonstrated that pearlite yielding is controlled by ferrite critical shear stress), which depend on the interlamellar spacing. The pearlite deforms inhomogeneously under tensile loading by localized shearing in intense shear bands. In the large shear bands, parallel cementite plate offsets before fracture and contributes to the occurrence of localized damage. The residual stress in ferrite is higher for the coarse pearlite. Giga-cycle fatigue tests were performed to identify the effect of interlamellar spacing on the fatigue behavior; tests were performed at a frequency of 20 KHz. The difference of the fatigue strength between 106 and 109 cycles is about 30 MPa for coarse pearlite and 50 MPa for fine pearlite. The effect of interlamellar spacing on the mega-cycle and giga-cycle fatigue limit appears not significant compared to the mechanical characteristics. Giga-cycle fatigue limit obtained includes the beneficial effect of stabilized residual stress. It also includes the effect of hardening induced by machining and cyclic hardening. However, any significant effect of interlamellar spacing on the C70 fatigue limits has been shown. SEM examinations shows that failures initiated on surface for the mega-cycle regime and on different sites for the giga-cycle regime. The experimental results can be interpreted based on the effects of stabilized surface properties and microstructure. The use of a fatigue Goodman criterion would identify qualitatively the contribution of different factors, cited above, in the fatigue life.