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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

État de surface
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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4. État de surface

On sait depuis longtemps que les pièces mécaniques grossièrement usinées se rompent plus vite que les pièces parfaitement polies. Cela s’explique par le fait que les fissures de fatigue s’amorcent dans la majorité des cas à la surface des pièces mécaniques avant de conduire à leur rupture. Il faut noter que, lors de l’usinage d’une pièce mécanique, la création d’une rugosité superficielle s’accompagne toujours d’une modification de l’état structural des couches superficielles du matériau (écrouissage, phénomènes thermiques) et d’une modification de l’état de contraintes (contraintes résiduelles).

La prise en compte de cette modification de la structure superficielle dans un calcul est encore assez mal maîtrisée. On en est donc réduit, et cela de façon artificielle, à séparer l’influence de la rugosité superficielle et l’influence des contraintes résiduelles qui sera vue au paragraphe 8. Pour des sollicitations simples, il est également démontré que des stries dans le sens perpendiculaire à la sollicitation influencent beaucoup plus la résistance à la fatigue que des stries parallèles au sens de sollicitation. Mais, comme dans la majorité des cas les sollicitations sont multiaxiales et un mauvais état de surface cache souvent d’autres facteurs non pris en compte, comme les contraintes résiduelles engendrées par l’usinage, il est plus prudent de prendre le paramètre de surface comme un paramètre global en utilisant des abaques simplifiés.

Le facteur d’état de surface, noté Ks, s’exprime par le rapport de la limite d’endurance σD obtenue sur une éprouvette possédant un état de surface donné sur la limite d’endurance σDs de la même éprouvette parfaitement polie, dont l’état de surface est choisi comme référence :

Ks...

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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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