Etude et modélisation de la propagation des fissures de fatigue de roulement amorcées en sous-couche dans l'acier M50(80 Mo Cr V 42)
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work deals with the experimental study and the modelling of the propagation of cracks nucleated in M50 bearing steel subsurface under rolling contact fatigue. Its aim consists in developing a numerical modelisation using micromechanics and physical metallurgy concepts taking into account the micro structural properties of the material. The first part of this work is devoted to the experimental characterisation of the M50 mechanical properties. The M50 elasto-viscoplastic behavior is studied and a special attention is paid to the thermally activation mechanism which control the • plastic deformation. Then, the physical mechanisms responsible for the crack propagation are investigated through two specific experiments. On one hand, we have simulated the crack propagation in rolling by means of a compressive device. On the other hand, the ultrasonic echography technique has allowed us to follow the crack propagation through interrupted rolling fatigue tests. In the second part of this work, we have developed a modelisation of the crack propagation in mode II by the description of the emission and the thermally activated motion of dislocations in front of the crack. Then, this model has been adapted to the specific mode of loading of a crack nucleated in subsurface under rolling fatigue. In the framework of a determinist description, a calculation of the fatigue limit, for which the propagation of the nucleated cracks are observed to stop, is proposed. Finally, an estimation of the number of cycles to crack propagation from its nucleation area to the contact surface is presented.
Abstract FR:
Ce travail est consacré à l'étude et à la modélisation de la propagation des fissures de fatigue de roulement amorcées en sous-couche dans l'acier MSO. Il consiste à développer une modélisation de la propagation de ces fissures basée sur une approche mixte de type micromécanique/métallurgie physique qui prend en compte les propriétés microstructurales du matériau. Dans la première partie de ce travail, des études expérimentales ont été conduites pour caractériser les propriétés mécaniques de l'acier MSO. Le comportement élasto-viscoplastique du matériau a été étudié et une attention particulière a été portée au comportement thermiquement activé du mécanisme contrôlant la déformation plastique. Puis, les mécanismes physiques responsables de la propagation des fissures ont été identifiés dans deux expériences spécifiques en étudiant cette propagation, d'une part, à l'aide d'un dispositif simulant les conditions de sollicitation des roulements et, d'autre part, par le suivi par échographie ultrasonore d'essais de fatigue de roulement interrompus. Dans. La deuxième partie de ce travail, nous avons mis en œuvre une modélisation de la propagation d'une fissure sollicitée en mode II pur, par émission et déplacement thermiquement activé de dislocations en pointe de fissure. Ce modèle a ensuite été adapté au mode de chargement spécifique d'une fissure amorcée en sous-couche en fatigue de roulement. Enfin, dans le cadre d'une description déterministe, nous évaluons la limite d'endurance des roulements liée à l'arrêt de la propagation des fissures amorcées en sous-couche et nous estimons le nombre de cycles de la phase de propagation des fissures de leur site d'amorçage à la surface de contact.