Étude de la genèse des contraintes résiduelles lors de la trempe continue dans la masse de l'acier 36NiCrMo16

Residual stresses analysis during quenching of 36NiCrMo16 steel

¹ UR Mécanique Appliquée, Ingénierie et Industrialisation, ENIT, BP 37, Le Belvédère, 1002 Tunis, Tunisie
² UR Mécasurf, ENSAM, 2 cours des Arts et Métiers, 13617 Aix-en-Provence Cedex 1, France

Reçu : 15 Janvier 2008
Accepté : 14 Octobre 2008

Résumé

Cette étude concerne la modélisation de la genèse des contraintes résiduelles induites par la trempe continue dans la masse de l'acier faiblement allié de nuance 36NiCrMo16. La résolution de ce problème a nécessité le développement, par le biais d'un code de calcul par éléments finis, de deux modèles de simulation numérique. Le premier concerne un modèle thermique non linéaire non stationnaire, qui permet de simuler la distribution spatio-temporelle de la température tout au long du traitement. Le deuxième est également un modèle non linéaire non stationnaire qui permet la simulation du comportement mécanique de l'éprouvette en introduisant son histoire thermique comme chargement. Nous proposons la définition d'un coefficient appelé coefficient dilatométrique global qui tient compte, dans une formulation macroscopique, de la dilatation thermique et des déformations volumique liées à la transformation de phase. Ce coefficient est pris en compte dans le code de calcul pour un calcul en thermo-élasto-plasticité. Les caractéristiques thermiques et mécaniques sont décrites par des évolutions spatio-temporelles dépendant de la température et des phases présentes. Les évolutions des contraintes résiduelles obtenues par simulation numérique sont comparées à celles déterminées par la méthode du trou incrémental et par diffraction des rayons X pour des éprouvettes, réalisées dans la même nuance d'acier, trempées dans différents milieux.

Abstract

This study concerns residual stress generated by bulk heat treatment of 36NiCrMo16 steel french grade. The aim of this study is to develop a model for prediction of the residual stresses state generated by quenching. The resolution of this problem requires the development of two numeric simulation models, using a standard FEM code. The first is a non-linear transient model allowing simulating of space-time distribution of temperature from the austenitic temperature to the cooling temperature. The latter is a non-linear transient model allowing the mechanical behaviour simulation of the specimen introducing his thermal history during cooling as loading. We propose the definition of a global expansion coefficient to take into account the simultaneous and cumulated thermal and martensitic transformation strains. Mechanical features and thermophysics properties are described in space-time evolutions depending on the temperature and the present phases. Simulated residual stresses evolution are compared with stresses measured by hole-drilling method and by X-ray diffraction.