Optimisation des propriétés mécaniques des aciers de haute résistance au moyen d'un traitement de Grenaillage de précontrainte : Etude expérimentale et Simulation Numérique par la Méthode des Eléments Finis

Abstract

Pour améliorer la tenue en service d’une pièce métallique soumise à des sollicitations mécaniques globales, en particulier cycliques ou à des actions de contact locales, associées éventuellement à un environnement hostile, plusieurs démarches sont possibles. La première consiste à changer les conditions de fonctionnement en modifiant le chargement et/ou le milieu. Cette approche conduit à la conception d’une nouvelle pièce ou d’un nouvel ensemble avec le risque de ne pouvoir éliminer tous les problèmes à l’origine de sa faible longévité. Une telle attitude peut se révéler économiquement irrecevable. La deuxième consiste à rechercher un matériau mieux adapté aux sollicitations et au milieu. Il n’y a pas dans ce cas de nouvelle étude de la pièce, le coût est donc réduit, mais de nouveaux problèmes peuvent apparaître. Par exemple, en améliorant la limite d’endurance on peut dégrader d’autres propriétés comme la résistance au choc ou la déformabilité. La troisième qui paraît la plus sage et la moins coûteuse, consiste à améliorer les propriétés locales du matériau par mise en précontrainte de compression des zones les plus sollicitées c’est-à-dire, le plus souvent, les couches superficielles de la pièce. En outre, dans beaucoup de cas, l’introduction de contraintes résiduelles de compression superficielles est associée à une augmentation de la dureté et de la limite d’endurance du matériau ce qui justifie d’autant plus une telle approche. Tout le problème réside dans le choix du procédé le mieux adapté et le plus efficace à long terme. L’amélioration des propriétés des zones superficielles des pièces est donc un moyen curatif permettant de se prémunir contre les effets néfastes d’une surcharge au sens large du terme. Le processus utilisé dans ce cas est le processus de grenaillage de précontrainte (shot peening) qui consiste à déformer plastiquement et de manière contrôlée les surfaces des pièces par projection de plusieurs balles de très petite taille (entre 0,3 et 1 mm de diamètre) à une vitesse élevée (50 à 80 m / s) dans le but d'induire un durcissement superficiel et un profil de contraintes résiduelles de compression. Mots clés : shot peening, grenaillage, contraintes résiduelles, aciers à haute résistance, fatigue, contrainte de compression, durcissement superficiel.