SOUTENANCE DE THESE Francois GODET 20 Décembre 2018 - 10h00 Amphi 1 - ENSAM AIX

20/12/2018

Influence de la microstructure sur le comportement mécaniqued’une couche nitrurée de l’acier de nuance 33CrMoV12-9 en vue de l’optimisation des propriétés en fatigue

 

Le développement de systèmes mécaniques, toujours plus performants et légers, demande l’optimisation continue des matériaux utilisés ainsi que leurs traitements. Dans le domaine des transmissions de puissance, la nitruration gazeuse apporte une hausse significative des durées de vie en fatigue des pièces fortement sollicités. Cela par une augmentation de leur dureté superficielle ainsi que par la genèse de contraintes résiduelles de compression. Dans le cas des aciers faiblement alliés, la microstructure des surfaces nitrurées se caractérise par une précipitation nanométrique de nitrures d’éléments d’alliage au sein d’une matrice martensitique revenue ainsi que par la présence de cémentite alliée aux anciens joints de grains d’austénite. Les gradients de composition chimique en azote et carbone induit génèrent un gradient de microstructure et par conséquent de propriétés mécaniques (dureté, contraintes résiduelles). Alors que le rôle des propriétés mécaniques sur la résistance en fatigue est reconnu à l’échelle macroscopique, l’influence de la microstructure nitrurée sur les mécanismes de plasticité ou de microplasticité menant à de l’endommagement puis à l’initiation d’une fissure reste relativement méconnue pour les couches nitrurées, notamment lors de sollicitations cycliques. Ce travail de thèse concerne tout particulièrement la nitruration de l’acier de nuance 33CrMoV12-9, particulièrement utilisé dans les roulements et engrenages des industries aéronautiques et navales. Les propriétés mécaniques liées aux phénomènes menant à l’initiation de fissures en fatigue à grand nombre de cycles ont, tout particulièrement, été étudié. Les propriétés mécaniques, comme le module d’élasticité, la dureté, la limite d’élasticité ou encore les contraintes résiduelles sont déterminées à plusieurs échelles, de celles de la microstructure à celles plus macroscopiques. Des observations in-situ ou post-mortem des couches nitrurées sollicitées jusqu’à l’endommagement ayant pour but d’estimer l’influence de la microstructure sur les hétérogénéités de déformations, les phénomènes de microplasticités et les mécanismes d’endommagements correspondants n’ont pas permis d’identifier clairement des mécanismes d’initiations de fissures. Pour ces essais, une éprouvette nitrurée à cœur représentative de la couche nitrurée a été développée. Cet outil expérimental a permis d’effectuer des essais simples de sollicitations des microstructures et ainsi déterminer des caractéristiques élastiques, d’écrouissage et de tenue en fatigue. Enfin, il a été démontré que les propriétés mesurées comme le module d’élasticité dépendent de l’échelle d’observation, des moyens et des méthodes utilisés.

Mots-Clés : Acier faiblement allié ; Nitruration gazeuse ; Microstructure ; Mécanismes d’endommagements ; Caractérisations mécaniques multiéchelles ;

Laboratoire de recherche : Laboratoire Mécanique, Surfaces, Matériaux & Procédés – Arts et Métiers ParisTech – Campus d’Aix-en-Provence

Directeur de thèse : Pr. Laurent BARRALLIER, Professeur des Universités, MSMP, Arts et Métiers ParisTech

Encadrant : Dr. Sébastien JEGOU, Maître de Conférences, MSMP, Arts & Métiers ParisTech