Etude du fraisage de l'alliage de titane Ti-6AI-4V : influence des angles de coupe et des rayons de bec sur l'intégrité de surface et la limite d'endurance des pièces

Effects of cutting angles and nose radius in Ti-6AI-4V milling process on surface integrity and fatigue limit

• Auteur / Autrice : Adrien Cellier
• Direction : René Leroy, Florent Chalon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 23/10/2013
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de mécanique et rhéologie (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École polytechnique universitaire (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Villechaise
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Narayanaswami Ranganathan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Poulachon, Philippe Bocher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fatigue

Traitements de surface

Surfaces (technologie)

Angle de contact

Fraisage (travail des métaux)

Titane -- Alliages

Mots clés libres

Fraisage

Alliage de titane Ti-6Al-4V

Angles de coupe

Rayons de bec

Intégrité de surface

Limite d’endurance en fatigue

Milling

Titanium alloy Ti-6Al-4V

Cutting angles

Nose radius

Surface integrity

Fatigue limit

Résumé

Cette étude s’est focalisée sur l’influence d’une opération de fraisage sur l’intégrité de surface et la durée de vie en fatigue des pièces usinées en titane (Ti-6Al-4V). L’influence des paramètres géométriques tels que les angles de coupe et les rayons de bec sur la performance de l’outil à savoir la durée de vie de l’outil est analysée. Une deuxième partie est consacrée à l’influence des paramètres géométriques sur l’intégrité de surface définie par des facteurs tels que la topographie, les contraintes résiduelles, la dureté et la microstructure. Afin de déterminer la nature des contraintes résiduelles, une approche thermomécanique a été utilisée. Une relation entre les contraintes résiduelles et la dureté sous la surface usinée est établie. Une dernière partie est dédiée à la l’étude de la fatigue des pièces en titane usinées selon les différents paramètres géométriques. Une comparaison des limites d’endurance expérimentales et analytiques issue de la littérature a permis de déterminer les paramètres influents de l’intégrité de surface sur la performance en fatigue. Une analyse fractographique a révélé les phénomènes liés à l’usinage influençant la rupture du matériau.

This study is carried out on the influence of milling process on surface integrity and fatigue life of a titanium alloy (Ti-6Al-4V). Geometric parameters like cutting angles and nose radius are investigated. In the first part, the observation is focused on tool life. The second part is dedicated to the influence of geometric parameters on surface integrity which is defined by topography, residual stress, hardness and microstructure. To determine the nature of the residual stresses a thermomechanical approach is used. A relation between residual stress and hardness is established. The last part deals with the study of the fatigue of milled titanium samples. A comparison is made between experimental fatigue limit and analytical fatigue limit of a model from literature. With this comparison, the most influential factor of surface integrity on fatigue limit is determined. A fractography analysis reveals the phenomenon related to milling process which can influence the material rupture.