Identification des propriétés mécaniques des surfaces tribologiquement transformées (TTS) à partir des essais de nano-indentation et micro-compression de piliers

Nano-indentation and micro-compression tests on the measurement of mechanical properties in tribologically transformed surfaces (TTS)

¹ École des Mines de Saint-Étienne, LGF UMR 5307 CNRS, Saint-Étienne, France
david.tumbajoy@emse.fr
² Université de Lyon, CNRS, INSA-Lyon, LaMCoS, UMR 5259, 69621 Villeurbanne, France
³ Université de Lyon, ENISE, LTDS, UMR 5513 CNRS, 42023 Saint-Étienne, France
⁴ Winoa, 528 avenue de Savoie, BP 3, 38570 Le Cheylas, France
⁵ EMPA, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, Laboratory for Mechanics of Materials and Nanostructures, Feuerwerkerstr. 39, 3602 Thun, Switzerland

Reçu : 6 Février 2015
Accepté : 20 Avril 2015

Résumé

Les traitements mécaniques de surfaces habituellement utilisés dans l’industrie reposent sur des charges mécaniques répétées, entraînant une forte déformation plastique pouvant potentiellement induire une évolution de la microstructure proche de la surface (Transformations Tribologiques Superficielles – TTS). Le gradient de taille de grains engendré permet ainsi d’améliorer les propriétés tribologiques des matériaux, ainsi que la résistance à la fatigue, l’usure et le frottement, en lien avec une amélioration des propriétés mécaniques telles que la dureté. Actuellement, un simple essai de micro-dureté n’est pas suffisant pour décrire et quantifier ces gradients. L’objet de cet article est de mettre en évidence une méthodologie de mesure du comportement élastoplastique de ces zones hyper-déformées par l’utilisation combinée d’essais d’indentation instrumentée et de compression de micro-piliers sur un matériau métallique modèle traité mécaniquement.

Abstract

In the industry there are several techniques which allow increasing the mechanical properties in the near-surface of materials, such as the mechanical surface treatments. In these kinds of procedures, the material is submitted to repeated mechanical loadings, producing a severe plastic deformation in the near-surface, and then leading to a local refinement of the microstructure into the affected zone (Tribologically Transformed Surfaces – TTS). This microstructure’s transformation, characterized by a progressive increment of the grain size, induces a gradient of mechanical properties and better tribological properties over a few tens of microns. The main issue of this paper is to assess and describe precisely the elastic-plastic behavior of hyper-deformed surfaces in a model material, using a methodology based on nano-indentation and in-situ micro-pillars compression tests.