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A. CORNET et J.-P. DEVILLE
3.
Introduction de Précontraintes mécaniques
3.1. Exemple du grenaillage
3. I. I. Apports du grenaillage de Précontrainte
Le grenaiüage de précontrainte (shot peening) est une technique relativement
ancienne (peut-être initiée par les taillandiers de Tolède qui martelaient à froid les
lames d‘épées) développée aux États-Unis à la fin des années vingt. Son efficacité
et sa simplicité font qu’elle reste toujours irremplaçable pour de nombreuses
applications, en particulier le moteur thermique le plus performant qui ne durera
pas plus longtemps que ses ressorts de soupapes dont la durée de vie est directement liée à la qualité du grenaillage. Certains éléments d’avions, par exemple les
roues, sont obligatoirement grenaillés : il en est de même des ressorts de suspension des voitures de chemin de fer ou des barres de torsion de chars.
Bien que l’objectif de cet ouvrage soit de présenter des aspects de la physique
et de l’ingénierie des surfaces qui émergent et évoluent, du laboratoire de
recherche vers l’application industrielle, nous avons néanmoins tenu à y faire
figurer le grenaillage en tant que technique de référence très largement utilisée
dans l’industrie et paramétrée par rapport à des repères technologiques. Pour
tout nouveau traitement de surface susceptible d’entrer en concurrence avec le
grenaillage, on pourra s’y référer pour se poser les questions habituelles : le traitement est-il plus performant ? Le traitement est-il moins onéreux ? Le traitement fait-il franchir une limite technologique ?
Le grenaillage de précontrainte consiste à projeter des petites billes (acier,
fonte, verre, céramique ...I à grande vitesse sur les pièces à traiter. La vitesse des
billes est de l’ordre de 50 ms-1 et chaque impact crée une pression voisine de
1,5 GPa pendant 1 p s qui déforme plastiquement le matériau en l’étirant autour
du point de choc. Par la répétition de ces impacts, on peut enfermer la pièce
dans une << coquille >> de contraintes de compression : l’épaisseur plastifiée est
comprise entre O, 1 et 0,25 mm. Le grenaillage réduit la taille des aspérités et des
rayures et améliore la tenue à la fatigue et à l’usure en petits débattements. C’est
la bonne méthode pour annuler ou inverser des contraintes de traction provoquées par certains usinages (rectification) ou obtenues dans des cordons de soudure. On traite également des pièces brutes de forge ou de fonderie ; on dit souvent que << le grenaillage est le garant de la bonne santé de peau des surfaces ».
3.1.2. Phénomènes induits et paramètres du grenaillage
Pendant le grenaillage, on considère que se superposent deux Phénomènes :
l’allongement des couches superficielles (pour les matériaux ductiles) :
la création de contraintes en sous-couche sous l’effet de la plastification introduite pendant les impacts par les contraintes de Hertz. Pour des matériaux à
haute résistance, on obtient le maximum de précontraintes en sous-couche.
A. CORNET et J.-P. DEVILLE
3.
Introduction de Précontraintes mécaniques
3.1. Exemple du grenaillage
3. I. I. Apports du grenaillage de Précontrainte
Le grenaiüage de précontrainte (shot peening) est une technique relativement
ancienne (peut-être initiée par les taillandiers de Tolède qui martelaient à froid les
lames d‘épées) développée aux États-Unis à la fin des années vingt. Son efficacité
et sa simplicité font qu’elle reste toujours irremplaçable pour de nombreuses
applications, en particulier le moteur thermique le plus performant qui ne durera
pas plus longtemps que ses ressorts de soupapes dont la durée de vie est directement liée à la qualité du grenaillage. Certains éléments d’avions, par exemple les
roues, sont obligatoirement grenaillés : il en est de même des ressorts de suspension des voitures de chemin de fer ou des barres de torsion de chars.
Bien que l’objectif de cet ouvrage soit de présenter des aspects de la physique
et de l’ingénierie des surfaces qui émergent et évoluent, du laboratoire de
recherche vers l’application industrielle, nous avons néanmoins tenu à y faire
figurer le grenaillage en tant que technique de référence très largement utilisée
dans l’industrie et paramétrée par rapport à des repères technologiques. Pour
tout nouveau traitement de surface susceptible d’entrer en concurrence avec le
grenaillage, on pourra s’y référer pour se poser les questions habituelles : le traitement est-il plus performant ? Le traitement est-il moins onéreux ? Le traitement fait-il franchir une limite technologique ?
Le grenaillage de précontrainte consiste à projeter des petites billes (acier,
fonte, verre, céramique ...I à grande vitesse sur les pièces à traiter. La vitesse des
billes est de l’ordre de 50 ms-1 et chaque impact crée une pression voisine de
1,5 GPa pendant 1 p s qui déforme plastiquement le matériau en l’étirant autour
du point de choc. Par la répétition de ces impacts, on peut enfermer la pièce
dans une << coquille >> de contraintes de compression : l’épaisseur plastifiée est
comprise entre O, 1 et 0,25 mm. Le grenaillage réduit la taille des aspérités et des
rayures et améliore la tenue à la fatigue et à l’usure en petits débattements. C’est
la bonne méthode pour annuler ou inverser des contraintes de traction provoquées par certains usinages (rectification) ou obtenues dans des cordons de soudure. On traite également des pièces brutes de forge ou de fonderie ; on dit souvent que << le grenaillage est le garant de la bonne santé de peau des surfaces ».
3.1.2. Phénomènes induits et paramètres du grenaillage
Pendant le grenaillage, on considère que se superposent deux Phénomènes :
l’allongement des couches superficielles (pour les matériaux ductiles) :
la création de contraintes en sous-couche sous l’effet de la plastification introduite pendant les impacts par les contraintes de Hertz. Pour des matériaux à
haute résistance, on obtient le maximum de précontraintes en sous-couche.