Contribution à la modélisation des déformations et des contraintes résiduelles induites par la nitruration des pièces mécaniques

par Pierre Depouhon

Thèse de doctorat en Mecanique des solides, genie mecanique, productique, transport et genie civil

Sous la direction de Jean-Michel Sprauel.

Soutenue le 05-06-2014

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille) .

Le président du jury était Maxence Bigerelle.

Le jury était composé de Emmanuel Mermoz, Jean marc Linares.

Les rapporteurs étaient Vincent Ji, Manuel François.

mots clés

• Nitruration
• Contraintes résiduelles
• Déformations résiduelles
• Diffraction de rayons X
• Acier
• Diffusion
• Nitruration
• Contraintes résiduelles
• Radiocristallographie
• Acier

Résumé

La nitruration des aciers est un traitement thermochimique très utilisé dans l'aéronautique. Il est connu pour améliorer la tenue en fatigue des composants mécaniques. Il est basé sur la diffusion de l'azote en surface des pièces traitées. Des mécanismes complexes sont alors mis en jeu et provoquent la naissance de contraintes internes et de déformations dites "résiduelles" des pièces traitées. Suivant leur géométrie, les pièces peuvent se déformer de plusieurs millimètres, et être soumises à des contraintes internes de traction-compression importantes. L'objectif de ce travail est de proposer une modélisation multi-physiques du traitement de nitruration permettant de prédire, pour n'importe quelle géométrie de pièce, les contraintes résiduelles et les déformations qu'elles subiront lors du traitement. Ces informations, précieuses aux ingénieurs, permettront de mieux maîtriser, et donc d'optimiser les processus de dimensionnement et de fabrication des pièces nitrurées.

mots clés

• Nitriding
• Residual stress
• Distortion
• X-Ray diffraction
• Steel
• Diffusion

Titre traduit

Contribution to modeling of distortions and residual stresses induced by the nitriding of mechanical parts.

Résumé

Nitriding of steel is a thermo-chemical treatment well known to improve the mechanical properties of the material. It is based on the diffusion of nitrogen into the surface of treated parts. Complex phenomena are then involved and generate residual stresses and distortions. Depending on their geometry, parts can be distorted up to several millimeters and be subject to significant internal tensile-compression stresses. The aim of this work is to provide a multi-physical model of the nitriding in order to predict, for any part geometry, their residual stresses and distortions after treatment. These informations, precious for engineers, will allow to optimize the design and the manufacturing processes of nitrided parts.