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FinlandMETAL FATIGUE
FATIGUE MÉTALLIQUE
Le graphique compare la résistance à la fatigue des métaux avec la résistance ultime à la traction pour les éprouvettes lisses et entaillées. Sans grenaillage de précontrainte, les propriétés optimales de résistance à la fatigue des métaux pour les composants en acier usinés sont obtenues à environ 30 HRc. À des niveaux de résistance/dureté plus élevés, les matériaux perdent leur résistance à la fatigue en raison d'une sensibilité accrue à l'entaille et de la fragilité.
Résistance à la fatigue des métaux
Avec l'ajout de contraintes de compression issues du grenaillage de précontrainte, la résistance à la fatigue des métaux augmente proportionnellement à l'augmentation de la résistance/dureté. Par exemple, à 52 HRc, la résistance à la fatigue du métal de l'éprouvette grenaillée de précontrainte est de 144 ksi (993 MPa), soit plus du double de celle de l'éprouvette lisse non grenaillée.
Comparaison des limites de fatigue grenaillées de précontrainte et non grenaillées pour les éprouvettes lisses et entaillées en fonction de la résistance ultime à la traction de l'acier
Procédés de fabrication – Effet sur la durée de vie en fatigue
Il est connu que les procédés de fabrication ont un effet significatif sur les propriétés de fatigue des métaux des pièces. Ces effets peuvent être soit préjudiciables soit bénéfiques, comme représenté ci-dessous :
| PRÉJUDICIABLE | BÉNÉFIQUE |
| Trempe | Cémentation |
| Rectification | Rodage |
| Usinage | Polissage |
| Placage | Brunissage |
| Soudage | Galetage |
| EDM et UÉC | Grenaillage de précontrainte |
La rectification, l'usinage et le soudage peuvent tous laisser la surface de la pièce en tension, un terrain propice aux fissures de fatigue des métaux. La trempe, le placage et l'EDM peuvent laisser une surface dure et fragile tandis que l'UÉC peut endommager ou affaiblir les joints de grains en surface.
Du côté bénéfique, tous les procédés listés améliorent la durée de vie en fatigue des métaux en vertu de la contrainte de compression qu'ils induisent. Le grenaillage de précontrainte est le plus polyvalent de la liste car il fournit la plus grande amplitude de contrainte de compression dans la plus grande variété de matériaux et de configurations de pièces.
Le graphique ci-dessous présente les courbes « S-N » (contrainte vs. nombre de cycles) jusqu'à la rupture pour différents types de rectification. La courbe de référence est celle des éprouvettes « rectification douce » et montre une résistance à la fatigue des métaux de 60 ksi (415 MPa). La courbe inférieure « rectification sévère » représente cette condition produite à partir de vitesses de coupe plus rapides. Dans ce cas, de grandes quantités de contraintes de traction en surface, source de fissures de fatigue des métaux, sont générées. Comme indiqué, la résistance à la fatigue des métaux diminue à 45 ksi (310 MPa). Le dernier graphique présente la résistance à la fatigue des éprouvettes « rectification sévère plus grenaillage de précontrainte ». Comme montré, ces éprouvettes ont augmenté bien au-delà de la référence « rectification douce » en fournissant une résistance à la fatigue de plus de 80 ksi (550 MPa). La contrainte de compression générée par le grenaillage de précontrainte a surmonté les contraintes de traction de la rectification sévère.
Avantages du grenaillage de précontrainte
- Le grenaillage de précontrainte permet une augmentation de 10 à 30 % de la contrainte de chargement pour atteindre la même résistance à la fatigue du composant.
- Le grenaillage de précontrainte prolonge la durée de vie en fatigue de toute pièce de 3 à 10 fois si le niveau de contrainte existant est maintenu.
- En fournissant une contrainte de compression de surface uniforme, la dispersion de la durée de vie en fatigue résultant de plusieurs étapes de fabrication est généralement réduite.
