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  • REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE

    LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

    UNIVERSITE MHAMED BOUGARA- BOUMERDES

    FACULTE DES HYDROCARBURES ET DE LA CHIMIE

    Dpartement : Transport et Equipements des Hydrocarbures

    LABORATOIRE : FIABILITE DES EQUIPEMENTS PETROLIERS ET MATERIAUX

    MEMOIRE Prsent par :

    Mr. Sadek BRAHMI EN VUE DE LOBTENTION DU TITRE DE

    MAGISTER EN GENIE MECANIQUE Option : Fiabilit et Maintenance Industrielle

    THEME

    Soutenu devant le jury : K. Chaoui Professeur (Universit dAnnaba) Prsident M. Gaceb Matre de Confrences (UMBB) Rapporteur B. Chemani Matre de Confrences (UMBB) Examinateur E. Bouali Matre de Confrences (UMBB) Examinateur N. Abdelbaki Matre de Confrences (UMBB) Examinateur

    Boumerds 2009

    Etude de lInfluence de lIntgrit de surface sur la rsistance la

    fatigue des pices usines

  • Remerciements

    Je remercie particulirement mon promoteur monsieur Mohamed Gaceb pour son aide

    prcieuse, sa patience et le temps quil ma accord malgr ses proccupations au sein du

    dpartement.

    Ce travail a t ralis principalement au sein du laboratoire de fiabilit des

    quipements ptroliers et matriaux du Dpartement Transport et Equipements des

    Hydrocarbures de la Facult des Hydrocarbures et de la Chimie. Je tiens donc remercier

    tous les membres du laboratoire qui ont contribu de prs ou de loin ce modeste travail.

    Je tiens remercier le personnel de centre de soudage et control de soudage CSC pour

    leur aide, et en particulier Mr Y. Yahmi.

  • Ddicaces

    Je ddie ce travail

    mes parents

    ma famille

    mes amis

  • RESUME

    On parle communment de la durabilit d'un matriau comme s'il s'agissait d'une proprit

    fondamentale dfinie comme la priode de temps pendant laquelle le matriau accomplira une

    fonction utile. La vie utile d'un matriau en service dpend cependant toujours non seulement

    de la combinaison des facteurs de charge et d'environnement auxquels il est soumis mais aussi

    des facteurs d'intgrit dont l'tat de surface constitue un facteur trs important. Ainsi il faut

    toujours tenir compte des paramtres d'tat des surfaces ds la mise en service lorsque l'on

    considre la durabilit, ou vie du matriau en service.

    Cette dpendance est encore plus ressentie dans le cas des matriaux utiliss dans la

    confection de composants sollicits la fatigue. Que ce soit en fatigue mcanique ou en

    fatigue de contact, les gradients de proprit au voisinage de la surface (microstructure, degr

    dcrouissage, contraintes rsiduelles) et les imperfections superficielles apportes par les

    procdes de fabrication jouent un rle primordial sur la tenue la fatigue en service du

    composant.

    La prsente tude vise tablir l'influence des paramtres de surfaces ralises par

    tournage sur la rsistance la fatigue d'un acier XC 48, en s'attachant plus particulirement a

    identifier l'effet de la rugosit et du degr d'crouissage qui peuvent tre produits sous

    diffrentes conditions d'usinage des surfaces. Pour ce faire, diverses prouvettes, prsentant

    des combinaisons varies d'tat de surfaces, ralises par tournage diffrents paramtres de

    coupe ont t soumises des essais de flexion rotative et l'effet sur la dure de vie et la limite

    de fatigue, pour divers conditions de chargement, a t valu.

  • ABSTRACT

    We commonly think about the durability of a material as a fundamental property defined

    as the period of time during which the material will achieve a useful function. The useful life

    of a material in service, however always depends not only on the combination of the

    environmental and load factors to which it is subjected but also on integrity factors amongst

    which the state of the surface constitutes a very important factor. Thus it is always necessary

    to take into account the surface state parameters as soon as the component is put into service

    whenever durability or service life of a material is considered.

    This dependence is even more felt in the case of materials used in the manufacturing of

    components subjected to fatigue loading. Whether it is bulk or contact fatigue, the property

    gradients in the surface vicinity (microstructure, work hardening, residual stresses) and the

    surface imperfections brought about by the manufacturing process play a primordial role on

    the fatigue behavior of the component in service.

    The present study aims at establishing the influence of the surface parameters of turned

    components on the fatigue strength of XC48 steel, while paying a particular attention to

    identifying the effects of the surface roughness and the work hardening which can be

    produced under various machining conditions of the surfaces. With this intention, various

    specimens, presenting different combinations of surface quality obtained by turning under

    various cutting conditions were subjected to rotative flexion tests and the effect on the

    lifespan and the fatigue limit, for various conditions of loading, was evaluated.

  • .

    .

    .

    . ,

    ) , (

    .

    XC48

    .

    .

  • TABLE DES MATIERES Remerciements

    Rsum

    Tables des matires

    Introduction gnrale....

    Chapitre 1 : Usinage des matriaux

    1.1. Introduction..................

    1.2 Description de lopration dusinage..

    1.3 Gomtrie de coupe et terminologie.........................

    1.3.1 Approche nergtique : Modle de Merchant..

    1.3.2 Approche mcanique....

    1.3.3 Approche thermo-mcanique...

    1.4 Classement des types de copeau...

    1.5 Mcanisme de Formation de la nouvelle surface ....

    1.5.1 Gnration de l'arte rapporte........

    1.5.2 Gnration de chaleur.......

    1.6 Conclusions...

    Chapitre 2 : Caractristiques des surfaces usines

    2.1 Introduction...

    2.2. Texture de la surface........

    2.2.1 Dfinitions des critres de rugosit (norme NF E 05-015)..

    2.3. Dfauts de la surface usine ........

    2.3.1 cailles..

    2.3.2 Cavits..

    2.3.3 Microstries....

    2.3.4 Microfissures....

    2.4. Facteurs conditionnant ltat des surfaces tournes.....

    2.4.1 Effet du rgime de coupe sur la rugosit..

    2.4.1.1 Influence des fluides rfrigrants et lubrifiants.

    2.4.1.2 Effet de l'paisseur de copeau non dform sur la rugosit .....

    2.4.1.3 Effet de l'angle de coupe sur la rugosit ...

    2.4.2 Influence du rgime de coupe sur lcrouissage superficiel ..

    2.4.3 Influence des conditions de coupe sur les contraintes rsiduelles...

    2.4.4 Effet des phnomnes dynamiques ...

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  • 2.4.5 Effet des dformations plastiques...

    2.4.6 Effet des changements de phase ....

    Chapitre 3 : Etude de la fatigue

    3.1 Introduction...

    3.2. Aperu sur le phnomne de fatigue....

    3.2.1 Endommagement par fatigue....

    3.2.2 Mcanisme de rupture par fatigue....

    3.2.2.1 Stade d'amorage...

    3.2.2.2 Stade de propagation.

    3.2.2.3 Rupture brutale..

    3.2.3 Diagramme d'endurance...

    3.3 volution structurale en cours de la fatigue..

    3.4 Modifications superficielles en cours de fatigue...

    3.5. Facteurs influant la fatigue...

    3.5.1 Facteurs mtallurgiques...

    3.5.1.1 Facteurs lis l'laboration de l'acier....

    3.5.1.2 Facteurs lis la mise en forme ..

    3.5.1.3. Facteurs lis aux traitements thermiques..

    3.5.2 Influence de la charge la rupture en traction Rr ....

    3.5.3 Facteurs gomtriques..

    3.5.4 Influence du mode de sollicitation....

    3.5.5 Influence de la frquence des sollicitations......

    3.5.6 Influence de la temprature..

    3.5.7 Influence de la corrosion..

    3.5.8 Facteurs lis la nature des surfaces usines...

    3.5.8.1 Influence de la rugosit..

    3.5.8.2 Influence des contraintes rsiduelles sur la tenue en fatigue

    3.5.9 Influence de la lubrification durant l'usinage...

    3.6. Facis de rupture en fatigue......

    3.6.1 Rupture fragile......

    3.6.2 Rupture ductile.....

    3.7 Conclusions...

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  • Chapitre 4 : Procdures exprimentaux

    4.1. Introduction..........................

    4.2. Matriau tudi ..............

    4.3. Usinage des prouvettes ................

    4.3.1 Outil de coupe utilis..

    4.4. Mesure de la rugosit....

    4.5 Mesure de la Microduret .