Identification du comportement et des mécanismes d'endommagement en fatigue d'un acier ferrito-perlitique à gradient de microstructure.

Identification of the behavior and fatigue damage mechanisms of a ferrite-pearlitic steel with microstructure gradient.

• Auteur / Autrice : Nagesh Narasimha prasad
• Direction : Denis Najjar, Ahmed El bartali
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Inscription en doctorat le 16/11/2021
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCube - Laboratoire de mécanique multiphysique et multiéchelle

Mots clés

Mots clés libres

Aciers

Comportement mécanique

Gradient de microstructure

Fatigue

Plasticité

Expérimentation

Steels

Mechanical behavior

Microstructure gradient

Fatigue

Plascticity

Expeimentation

Résumé

Les organes ferroviaires (roues et essieux) en acier ferrito-perlitique peuvent présenter des gradients de microstructure du fait du procédé de fabrication ou de l'usage. Ces gradients permettent d'obtenir une surface à haute limite élastique, résistante à l'amorçage des fissures de fatigue, et un matériau à coeur plus ductile, donc tenace. Leur influence sur l'amorçage et la propagation des fissures en fatigue est cependant peu étudiée sauf via les contraintes résiduelles de compression associées à ces gradients. L'objectif de cette thèse sera d'identifier le comportement et les mécanismes d'endommagement par fatigue d'un acier ferrito-perlitique à gradient de microstructure observable dans les roues ferroviaires. Des essais seront effectués sur des éprouvettes prélevées dans des roues présentant un gradient de microstructure pour caractériser son influence sur le comportement en fatigue et observer les mécanismes d'amorçage et de propagation des microfissures (stade I). Des éprouvettes avec des microstructures modèles seront ensuite élaborées pour simplifier l'étude de l'influence respective des constituants de l'acier ferrito-perlitique que sont la ferrite proeutectoïde et la perlite sur les mécanismes de déformation et de plasticité cyclique qui conduisent à la formation des microfissures. Les paramètres du procédé d'élaboration seront modulés pour modifier les paramètres microstructuraux des deux constituants qui seront caractérisés en microscopie. Des essais de fatigue couplés à des mesures de champs cinématiques par corrélation d'images numériques seront effectués pour identifier la contribution de chaque constituant aux mécanismes en fonction de leurs paramètres microstructuraux caractéristiques.

Ferrito-pearlitic steel railway components (wheels and axles) may exhibit microstructure gradients due to the manufacturing process or use. These gradients make it possible to obtain a surface with a high elastic limit, resistant to the initiation of fatigue cracks, and a more ductile core material, therefore tenacious. Their influence on the initiation and propagation of fatigue cracks is however little-studied except via the residual compressive stresses associated with these gradients. The objective of this thesis will be to identify the behavior and the fatigue damage mechanisms of a ferrito-pearlitic steel with a microstructure gradient observable in railway wheels. Tests will be carried out on specimens taken from wheels exhibiting a microstructure gradient to characterize its influence on fatigue behavior and to observe the initiation and propagation mechanisms of microcracks (stage I). Test specimens with model microstructures will then be developed to simplify the study of the respective influence of the constituents of ferrito-pearlitic steel which are pro eutectoid ferrite and perlite on the mechanisms of deformation and cyclic plasticity which lead to the formation of microcracks. The parameters of the production process will be modulated to modify the microstructural parameters of the two constituents which will be characterized by microscopy. Fatigue tests coupled with kinematic field measurements by correlation of digital images will be carried out to identify the contribution of each component to the mechanisms according to their characteristic microstructural parameters.