+ 2010 MIFSU – Modélisation de l’Intégrité et de la tenue en Fatigue des Surfaces Usinées

Objectifs

Le projet porte sur la modélisation de l’intégrité des surfaces obtenues par usinage, ainsi que sur les conséquences de cette intégrité en termes de tenue en fatigue. L’intégrité d’une surface peut se définir comme l’état mécanique, métallurgique, chimique et topographique d’une surface fabriquée en lien avec sa fonctionnalité et sa performance dans cette fonctionnalité.
Le projet MIFSU a eu pour objectif de se doter d’une démarche permettant de prédire l’intégrité d’une surface usinée et sa tenue en fatigue correspondante en vue de faire de Ingénierie@Lyon un organisme de référence dans le domaine de la maîtrise de la fonctionnalité des surfaces usinées. Le projet s’est particulièrement focalisé sur l’impact de l’usinage dans le cas de pièces en acier inoxydable martensitique 15-5PH sollicitées en flexion-rotative.

resultats

Le projet MIFSU a permis de finaliser une démarche de modélisation permettant de prédire l’état mécanique (contraintes résiduelles sur zone affectée < 0,5 mm) et métallurgique (changement de phases martóaust d’une part et recrystallisation dynamique d’autre part sur une couche affectée < 0,1 mm). Cette démarche est basée sur une série d’essais élémentaires de calibration, suivis d’une simulation numérique développée au sein du logiciel SYSWELD.

Le projet a permis également de faire le lien entre l’état mécanique de la matière, la rugosité de la surface et la tenue en fatigue de la pièce. Il a ainsi été montré que la tenue en service en flexion-rotative était majoritairement liée à l’état de contraintes résiduelles (profil en compression sur une forte épaisseur) plus qu’à la rugosité.

 

Le projet MIFSU a conduit au développement d’un module logiciel, au sein du logiciel SYSWELD édité par la société ESI, permettant de prédire l’intégrité de surface issue de tournage. Deux industriels se sont déjà portés acquéreurs de ce module logiciel et l’ont intégré dans leurs services méthodes d’industrialisation. Il est en cours d’extension vers d’autres technologies d’usinage à risque (ex : perçage).
De plus, le projet a permis de mettre au point un protocole de fabrication d’éprouvettes de fatigue en vue de découpler l’influence de la rugosité et de l’état de contraintes résiduelles. La mise en œuvre de ce protocole permet de donner des informations pratiques aux industrielles quant aux paramètres qualités qu’ils doivent monitorer sur leurs produits pour garantir la fiabilité en fatigue des organes usinés.

Mémoires de thèse
A.Mondelin, Modélisation de l’intégrité des surfaces usinées – Application au cas du tournage finition de l’acier inoxydable 15-5PH, 5 décembre 2012, Ecole Centrale de Lyon.
V.Chomienne, Etude de l’influence de l’intégrité de surface en tournage de l’acier 15-5PH sur la tenue en fatigue en flexion-rotative, 13 novembre 2014, INSA de Lyon.

Revues Scientifiques
V.Chomienne, C.Verdu, J.Rech, Influence of surface integrity of 15-5PH on the fatigue life, Procedia Engineering, Vol. 66, 2013, pp. 274-281, (suite à la conference Fatigue Design à Senlis, 27-28 nov. 2013)
A.Mondelin, F.Valiorgue, E.Feulvarch, J.Rech, M.Coret; Calibration of the insert/tool holder thermal contact resistance in stationary 3D turning, Applied Thermal Engineering, Vol. 55, Iss. 1-2, 2013, pp.17-25
A.Mondelin, F.Valiorgue, J.Rech, M.Coret, E.Feulvarch, hybrid model for the prediction residual stresses induced by 15-5PH steel turning, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 58, 2012, pp. 69-85.
V.Chomienne, F.Valiorgue, C.Verdu, J.Rech, Ball burnishing influence on surface properties of a 15-5PH stainless steel, 26th International Conference on Surface Modification Technology, 20-22 juin 2012, Ecully.
A.Mondelin, J.Rech, E.Feulvarch, M.Coret, Characterization of martensite-austenite transformation during finish turning of an AISI S15500 stainless steel, IJMMM, Vol. 15, n°1-2, 2014, pp.101-121. (article sélectionné après la conference MUGV2012 à Saint-Etienne et expertisé une deuxième fois par le comité scientifique de la revue)
A.Mondelin, F.Valiorgue, J.Rech, M.Coret, E.Feulvarch, Modeling of surface dynamic recrystallisation during the finish turning of the 15-5PH steel, Procedia CIRP, Vol. 8, 2013, pp.310-314 (suite à la conférence CMMO à Turin (Italie), 13-14 juin 2013)
A.Mondelin, F.Valiorgue, J.Rech, M.Coret, E.Feulvarch, 3D numerical prediction of residual stresses in turning of 15-5PH, Advances in Materials Research, Vol. 223 (2011), pp.411-420. (suite à la conférence CMMO à Sintra (Portugal), 12-13 mai 2011)

Conférences
M.Girinon, F.Valiorgue, E.Feulvarch, A.Mondelin, J.Rech, J.M.Bergheau, Simulation eulérienne thermomécanique 3D du tournage, 11ème colloque nationale en calcul de structure CSMA, Giens, 13-17 mai 2013, actes en CD ROM.
V.Chomienne, C.Verdu, J.Rech, F.Valiorgue, Characterization of surface integrity influence of a 15-5PH martensitic stainless steel on the fatigue strength, 9th International Conference on Fatigue Damage of Structural Materials, 16-21 September 2012, Hyannis (USA)
A.Mondelin, J.Rech, M.Coret, E.Feulvarch, Identification des paramètres métallurgiques pour un modèle d'usinage hybride, Séminaire Manufacturing21, Lyon, 19-21 janv 2011.
V.Chomienne, J.Rech, F.Valiorgue, C.Verdu, Maitrise de l’intégrité de surface pour améliorer la compréhension de son impact sur la durée de vie, 7ème conférence Machines et Usinage à Grande Vitesse, 17-18 octobre 2012, Saint-Etienne