CHAPITRE 2 - TOPOGRAPHIE ET MÉCANIQUE DES SURFACES
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déformation (domaines ou cristallites à l’intérieur des grains, délimités par le
réarrangement des dislocations ; leur taille est de l’ordre de quelques dizaines
de nm) ;
les contraintes d’ordre II, OII, ou microcontraintes homogènes qui sont
constantes au niveau du grain (échelle du p m à une centaine de pm) et correspondent à la moyenne des contraintes d’ordre III ;
les contraintes d‘ordre I, O [ , ou macrocontraintes qui sont constantes sur
u n grand nombre de grains et correspondent à la moyenne des contraintes
d‘ordre II.
En résumé, les contraintes du premier ordre provoquent la déformation
macroscopique des pièces et concernent directement la tenue à la fatigue ; les
contraintes des deuxième et troisième ordres entraînent des microdéformations,
respectivement à l’échelle du grain et a u niveau du cristal. Les contraintes des
deuxième et troisième ordres interviennent dans la stabilité des contraintes résiduelles sous l’effet des cycles de fatigue. Les contraintes sont équilibrées à
l’échelle macroscopique.
Une pièce mécanique contenant des contraintes résiduelles constitue u n système en équilibre ; en l’absence de tout chargement extérieur la somme des
contraintes est nulle. Des contraintes de compression d’ordre I en surface sont
équilibrées par des contraintes de traction d’ordre I en volume ; sur la
figure 2.22 les aires hachurées notées - (compression) et + (traction) sont égales.
Toute intervention modifiant les contraintes superficielles d’un objet se traduit immédiatement par u n rééquilibrage de ces contraintes dans l’ensemble de
l’objet. Dans les matériaux métalliques la relaxation des contraintes se fait par
déformation plastique mais dans les matériaux fragiles elle nécessite l’apparition
de fissures. C’est bien ce qu’on observe lorsqu’on endommage une vitre de voiture en verre trempé : l’ensemble se fissure et se microfissure sans fin.
Des contraintes de compression peuvent être introduites en surface par une
déformation plastique (grenaillage, galetage) ou par une transformation structurale amenant u n gonflement, par exemple une trempe martensitique.
Par trempe locale (par induction, par laser ... ) on peut créer des contraintes
superficielles favorables en u n endroit bien déterminé (portée de roulement sur u n
arbre, congé de raccordement d u n e pièce travaillant en fatigue comme un vilebrequin) ; des résultats similaires peuvent être obtenus par grenaillage ou par galetage.
Le grenaillage donne des profils intéressants applicables également à des
matériaux autres que les aciers (alliages légers par exemple) et ne pouvant pas
subir de traitements avec transformation structurale.
D’une manière générale, des contraintes peuvent être introduites par tout
usinage et par de nombreux traitements de surface (cémentation, nitruration,
dépôts électrolytiques, couches minces.. .), leur valeur et leur signe dépendent
directement des conditions d‘usinage ou des conditions de réalisation des traitements. Ainsi, la manière de conduire une opération de rectification peut introduire des contraintes qui sont parfois défavorables (par exemple suite a des phénomènes de trempe sous l’effet de l’élévation instantanée de température causée
par une meule inadaptée ou par une passe trop importante).
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déformation (domaines ou cristallites à l’intérieur des grains, délimités par le
réarrangement des dislocations ; leur taille est de l’ordre de quelques dizaines
de nm) ;
les contraintes d’ordre II, OII, ou microcontraintes homogènes qui sont
constantes au niveau du grain (échelle du p m à une centaine de pm) et correspondent à la moyenne des contraintes d’ordre III ;
les contraintes d‘ordre I, O [ , ou macrocontraintes qui sont constantes sur
u n grand nombre de grains et correspondent à la moyenne des contraintes
d‘ordre II.
En résumé, les contraintes du premier ordre provoquent la déformation
macroscopique des pièces et concernent directement la tenue à la fatigue ; les
contraintes des deuxième et troisième ordres entraînent des microdéformations,
respectivement à l’échelle du grain et a u niveau du cristal. Les contraintes des
deuxième et troisième ordres interviennent dans la stabilité des contraintes résiduelles sous l’effet des cycles de fatigue. Les contraintes sont équilibrées à
l’échelle macroscopique.
Une pièce mécanique contenant des contraintes résiduelles constitue u n système en équilibre ; en l’absence de tout chargement extérieur la somme des
contraintes est nulle. Des contraintes de compression d’ordre I en surface sont
équilibrées par des contraintes de traction d’ordre I en volume ; sur la
figure 2.22 les aires hachurées notées - (compression) et + (traction) sont égales.
Toute intervention modifiant les contraintes superficielles d’un objet se traduit immédiatement par u n rééquilibrage de ces contraintes dans l’ensemble de
l’objet. Dans les matériaux métalliques la relaxation des contraintes se fait par
déformation plastique mais dans les matériaux fragiles elle nécessite l’apparition
de fissures. C’est bien ce qu’on observe lorsqu’on endommage une vitre de voiture en verre trempé : l’ensemble se fissure et se microfissure sans fin.
Des contraintes de compression peuvent être introduites en surface par une
déformation plastique (grenaillage, galetage) ou par une transformation structurale amenant u n gonflement, par exemple une trempe martensitique.
Par trempe locale (par induction, par laser ... ) on peut créer des contraintes
superficielles favorables en u n endroit bien déterminé (portée de roulement sur u n
arbre, congé de raccordement d u n e pièce travaillant en fatigue comme un vilebrequin) ; des résultats similaires peuvent être obtenus par grenaillage ou par galetage.
Le grenaillage donne des profils intéressants applicables également à des
matériaux autres que les aciers (alliages légers par exemple) et ne pouvant pas
subir de traitements avec transformation structurale.
D’une manière générale, des contraintes peuvent être introduites par tout
usinage et par de nombreux traitements de surface (cémentation, nitruration,
dépôts électrolytiques, couches minces.. .), leur valeur et leur signe dépendent
directement des conditions d‘usinage ou des conditions de réalisation des traitements. Ainsi, la manière de conduire une opération de rectification peut introduire des contraintes qui sont parfois défavorables (par exemple suite a des phénomènes de trempe sous l’effet de l’élévation instantanée de température causée
par une meule inadaptée ou par une passe trop importante).