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Résumé thèse Vincent Velay

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Modélisation du comportement cyclique et de la durée de vie d'aciers à outils martensitiques

 

Vincent VELAY - 10 décembre 2003

Ce travail constitue une contribution visant à décrire le comportement et prédire la durée de vie en fatigue d'aciers à outils pour travail à chaud (forge, fonderie..). Pour y parvenir, la méthodologie suivie, s'articule autour deux parties complémentaires qui sont l'étude de modèles de comportement et de durée de vie adaptés aux aciers martensitiques revenus.

Le comportement cyclique des aciers X38CrMoV5 (47 HRC) et 55NiCrMoV7 (42 HRC) a été étudié dans différentes conditions de sollicitations et de température. L'influence de la vitesse et de l'amplitude de déformation, des temps de maintien dans les cycles ainsi que les effets de rochet ou d'accommodation plastique pour des essais pilotés en contrainte ont été inclus dans la modélisation.

Deux modèles (ONERA, 2M1C) s'inscrivant dans le cadre des processus irréversibles de la thermodynamique ont été considérés. Ils ont été présentés et identifiés avec succès par niveau de complexité croissant selon les types de sollicitations pris en compte. En outre, deux mécanismes différents issus du modèle 2M1C ont été rattachés aux évolutions de microstructure (dislocations, carbures) identifiées en fatigue oligocyclique.

Deux étapes de validation ont ensuite été  menées fournissant des résultats encourageants: la  première, dans une configuration isotherme à l'aide d'essais à déplacement imposé réalisés sur des éprouvettes à concentration de contraintes, la deuxième anisotherme à partir d'essais de fatigue thermique menés conjointement avec l'université de Karlstad (Suède).

L'étude de la durée de vie de l'acier X38CrMoV5 a été abordée dans une deuxième partie. Afin de couvrir une large gamme de sollicitations comparable à celle induite dans les procédés de mise en forme à chaud, des essais LCF ont été effectués pour compléter la base expérimentale existante. Les mécanismes d'amorcage et de propagation en fatigue relaxation ont de plus été étudiés.

Enfin, un modèle d'endommagement continu anisotherme de type ONERA a été identifié. L'analyse des résultats expérimentaux utilisés lors de l'identification n'a pas fait apparaître de mécanisme dépendant du temps, aussi seule la composante d'endommagement de fatigue a été activée dans la modélisation. La dernière phase de cette étude concerne la validation du modèle de durée de vie. Les prédictions fournies par le modèle ont été comparées avec le nombre de cycles à rupture  issu d'essais LCF et TMF d'un précédent travail.

Mots clés: Modélisation du comportement cyclique, Fatigue oligocyclique, Fatigue thermique, Simulation numérique, Aciers martensitiques revenus, Prédiction de durée de vie, Aciers à outils pour travail à chaud.