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1 - FACTEURS RELATIFS À LA SOLLICITATION ET À L’ENVIRONNEMENT

2 - TYPE DE SOLLICITATION

3 - DIMENSION OU EFFET D’ÉCHELLE

4 - ÉTAT DE SURFACE

5 - TEMPÉRATURE

6 - FRÉQUENCE

7 - CORROSION

8 - CONTRAINTES RÉSIDUELLES

Article de référence | Réf : BM5043 v1

Corrosion
Fatigue des alliages ferreux - Facteurs d’influence

Auteur(s) : Jian LU

Date de publication : 10 janv. 2003

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Auteur(s)

  • Jian LU : Professeur en génie mécanique à l’Université de technologie de Troyes (UTT) - Directeur du département Génie des systèmes mécaniques et du Laboratoire des systèmes mécaniques et d’ingénierie simultanée (LASMIS)

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INTRODUCTION

Le phénomène de fatigue est un processus complexe. Le nombre de facteurs d’influence est très important. S’il est possible de tester les matériaux sous certaines conditions, il sera difficile de réaliser tous les essais avec une sollicitation représentative et la géométrie réelle des composants mécaniques. Il est cependant intéressant d’analyser rapidement le rôle et l’effet de chaque paramètre pouvant changer les éléments d’appréciation. Il n’est pas possible de considérer les effets de manière intégrée. Chaque paramètre est donc analysé de manière séparée. On distingue différents types de paramètres : les facteurs relatifs à la sollicitation et à l’environnement, à la géométrie et aux matériaux. Dans la première catégorie de paramètres, on peut citer : le type de la sollicitation (uniaxiale, multiaxiale avec ou sans déphasage), les contraintes moyennes, le spectre de chargement et de surcharge, la fréquence du chargement, la température, la corrosion et le « fretting ». Dans la deuxième catégorie de paramètres, on trouve : l’état de surface, l’effet d’entaille et l’effet d’échelle. Dans la troisième catégorie de paramètres, on a enfin : les caractéristiques du matériau, la micro-structure du matériau, les contraintes résiduelles, les traitements de surface. Un concepteur doit analyser l’ensemble de ces paramètres pour en dresser une liste aussi exhaustive que possible et les quantifier pour calculer la résistance à la fatigue de sa pièce. Le but de cet article est de lui fournir les données et la méthodologie nécessaires pour chiffrer ces facteurs dans un calcul prévisionnel et de lui indiquer les limites de leur emploi.

On peut, soit par l’analyse de résultats bibliographiques, soit (et c’est préférable) à partir d’essais dynamiques réels, connaître la limite d’endurance d’un matériau dans des conditions bien précises (forme de l’éprouvette ou de la pièce, conditions d’essais, etc.). Mais, au stade de la fabrication ou en cours d’utilisation, d’autres facteurs vont intervenir qui, finalement, auront une influence primordiale, bénéfique ou néfaste, sur la tenue en service du produit fini. Tout l’art du concepteur consiste précisément à dresser une liste aussi exhaustive que possible de ces différents facteurs d’influence. Il devra ensuite chiffrer chacun d’entre eux pour enfin calculer l’endurance de sa pièce.

Cet article est la suite de Fatigue des alliages ferreux. Définitions et diagrammes Fatigue des alliages ferreux- Définitions et diagrammes. L’article suivant Fatigue des alliages ferreux- Exemples de calcul donne des exemples de calcul de pièces en fatigue.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5043


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7. Corrosion

La corrosion peut intervenir de plusieurs manières sur la tenue en service des pièces ou ensembles mécaniques :

  • en l’absence de sollicitation dynamique, la corrosion peut entraîner la fissuration progressive de pièces chargées statiquement dans un milieu agressif ; c’est la corrosion sous contrainte ;

  • les efforts dynamiques interviennent sur la pièce, alors que celle-ci a subi une corrosion préalable ; il s’agit alors ici d’une rupture par fatigue seule, amorcée sur une piqûre de corrosion qui joue alors le même rôle qu’une entaille ;

  • la fatigue et la corrosion agissent simultanément ; c’est bien sûr ce dernier cas qui conduit à la plus forte diminution de la résistance à la fatigue du matériau métallique. En général, en fatigue-corrosion, la courbe de Wöhler ne présente plus d’asymptote et il n’est donc plus possible de déterminer une limite de fatigue, comme c’était le cas dans la fatigue à l’air, mais seulement une limite d’endurance pour un nombre de cycles donné.

Compte tenu des différents paramètres entrant dans le phénomène de fatigue-corrosion, il est totalement illusoire de présenter des chiffres quelconques. Il faut seulement se rappeler qu’un acier à hautes caractéristiques sera plus affecté qu’un acier à faibles caractéristiques et qu’il peut être constaté des chutes spectaculaires de tenue dynamique (rapport de 4 à 5 entre la limite d’endurance à l’air et la limite d’endurance en corrosion d’eau douce pour un acier traité pour une résistance à la traction de l’ordre de 1 000 N/mm2).

De plus, en fatigue-corrosion et contrairement à ce qui a été dit dans le paragraphe précédent, la fréquence joue un rôle très important. En particulier, les basses fréquences augmentent généralement l’effet néfaste du phénomène de corrosion car il peut intervenir pendant un temps plus long, augmentant ainsi le dommage créé par cycle.

Il faut donc, dans toute la mesure du possible, éviter la fatigue-corrosion en choisissant correctement le matériau en fonction du milieu agressif dans lequel il devra travailler, en adoptant un revêtement métallique ou organique permettant d’éviter le contact entre la pièce et le milieu agressif, et en effectuant un traitement de durcissement superficiel par écrouissage,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BRAND (A.), FLAVENOT (J.F.), GRÉGOIRE (R.), TOURNIER (C.) -   Recueil de données technologiques sur la fatigue  -  . CETIM (1980).

  • (2) - KLOOS (K.H.) -   Influence de l’état de surface et de la dimension de la pièce sur la tenue en fatigue sous sollicitation avec l’amplitude constante ou par bloc  -  . VDI Berchte, no 268, 63 (1976).

  • (3) - SURESH (S.) -   Fatigue of materials  -  . Cambridge University Press (1991).

  • (4) - CHABOCHE (J.L.), LEMAÎTRE (J.) -   Mécanique des matériaux solides  -  . Dunod (1996).

  • (5) - NEPPIRAS (E.A.) -   Techniques and equipment for fatigue testing at very high frequencies  -  . Proceedings ASTM 59, p. 691-710, Philadelphia.

  • (6) - BATHIAS (C.) -   There is no infinite fatigue life in metallic materials  -  . Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct., 22, 559-565.

  • ...

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