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Résumé thèse Alexis Oudin

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Fatigue thermo-mécanique d'aciers pour outils de travail à chaud

 

Alexis OUDIN - 19 octobre 2001.

L'endommagement par fatigue thermique limite la durée de vie des outils demise en forme à chaud. Un essai de Fatigue Thermo-Mécanique (TMF) est développé pour étudier cet endommagement sur les aciers pour travail à chaud55NiCrMoV7 et X38CrMoV5. Des cycles TMF hors-phase avec différentes températures minimales et maximales sont étudiés.

Le comportement cyclique des deux aciers est caractérisé par deux régimessuccessifs d'accommodation (adaptation progressive de la microstructure à la sollicitation TMF et d'adoucissement (diminution cyclique de la résistance del'acier). La température maximale contrôle le comportement. Pour l'acier X38CrMoV5, au dessus de la température critique 550°C, des processusthermiquement activés contrôlent le comportement cyclique. L'acier 55NiCrMoV7 présente une accommodation plus rapide et globalement un plus fortadoucissement que l'acier X38CrMoV5.

L'oxydation préférentielle suivie de la fissuration par fatigue-oxydation semble être le mécanisme majeur de l'amorçage de fissure. Une loi paraboliquedécrit la cinétique de croissance de la couche d'oxyde plus importante pour l'acier 55NiCrMoV7. Pour l'acier X38CrMoV5, une loi de fissuration de lacouche d'oxyde est proposée. La propagation de fissure en TMF est déduite des stries de fatigue. Un facteur d'intensité de déformation et une loi de typeParis décrivent la propagation de fissure. Pour les lois d'oxydation et de propagation, l'effet de la température minimale est négligé.

Les durées de vie TMF diminuent avec l'augmentation de la températuremaximale. Une loi phénoménologique simple de type Manson-Coffin basée sur la variation de déformation mécanique est proposée. Une description fine de ladurée de vie TMF est utilisée. Pour l'acier X38CrMoV5, les lois de fissuration de la couche d'oxyde et de propagation de fissure sont utilisées pour estimercertaines fractions de la durée de vie. L'acier X38CrMoV5 présente globalement une plus grande résistance TMF que l'acier 55NiCrMoV7.

Mots-clés :
fatigue thermo-mécanique, fatigue oligocyclique à haute température, fatiguethermique, aciers martensitiques, adoucissement cyclique, oxidation, amorçage de fissure de fatigue, propagation de fissure de fatigue, prédiction de duréede vie.