Tenue en fatigue des couches cémentées basse pression : approches expérimentale et prédictive

Fatigue strength of vacuum carburized layers: Experimental characterization and predictive approach

¹ Laboratoire de Mécanique Matériaux et Procédés LAB-STI03, ESSTT, 5 Av. Taha Hussein, 1008 Tunis, Tunisie
² Centre Technique des Industries Mécaniques, 52 Av. Felix-Louat, BP. 80067, 60304 Senlis Cedex, France

Reçu : 2 Juillet 2007
Accepté : 13 Juillet 2007

Résumé

Les résultats des essais de fatigue flexion sur des éprouvettes entaillées en acier 14NiCr11, traitées dans deux conditions de cémentation basse pression, ont montré des améliorations de la résistance à la fatigue des couches cémentées exprimées en terme de limite d'endurance à 10⁶ cycles de l'ordre de 60 % et de 80 % par rapport à l'état non traité. Ces améliorations ont été interprétées sur la base des gradients de propriétés stabilisées des couches cémentées consécutifs à l'effet conjugué d'un phénomène de relaxation cyclique et d'un phénomène de transformation de l'austénite résiduelle en martensite au cours du chargement cyclique. Il s'établit une redistribution de durcissement et de contraintes résiduelles de compression stabilisées qui justifient les améliorations enregistrées. La prise en compte du durcissement superficiel et du champ de contraintes résiduelles, dans la martensite à l'état stabilisé, dans les différents critères de fatigue polycyclique considérés dans cette étude (critère de Crossland, de Dang Van et de Findley-Matake) a permis de bien rendre compte des résultats expérimentaux.

Abstract

Two vacuum carburizing treatments were applied to ductile steel 14NiCr11 to obtain equivalent hardened layers for two retained austenite content of 25% and 41%. The improvements of fatigue strength at 10⁶ cycles were respectively 62% and 78%. Explanation of these improvements was based on stabilized gradients of properties in treated layers occurred after cyclic relaxation and cyclic transformation of retained austenite to martensite. It results in a redistribution of hardness and compressive residual stresses that are favourable to the fatigue life. Stabilized state of surface hardening and residual stresses field were considered for polycyclic fatigue criteria establishment (Crossland, Dang Van and Findley-Matake) and results have shown good agreement with experimental ones.