Détermination par nano-indentation du profil des propriétés de microplasticité d’aciers cémentés

Microplasticity properties of carburised steels determined from nano-indentation measurements

¹ G.E.M.P.P.M., UMR CNRS 5510, INSA, Villeurbanne
² SNR Roulements, Direction du Produit, Annecy

Résumé

Pour l’écaillage profond amorcé en profondeur une borne inférieure de la limite d’endurance en fatigue de roulement peut être déterminée à partir de la connaissance de la micro-limite d’élasticité de l’acier. L’application de cette démarche à un matériau cémenté nécessite d’avoir recours à une mesure locale de la micro-limite d’élasticité. La technique de nano-indentation permet d’analyser très localement les propriétés mécaniques, toutefois elle ne permet pas d’obtenir directement la micro-limite d’élasticité. Pour contourner cette difficulté nous proposons d’utiliser une méthode inverse. Dans un premier temps nous montrons que la simulation par élément finis d’un essai d’indentation d’un matériau de loi d’écrouissage connue est très précise. Dans un second temps nous utilisons la comparaison des essais réels aux essais simulés pour associer à chaque zone testée une loi d’écrouissage et par conséquent une microlimite d’élasticité.

Abstract

For deep spalling initiated in subsurface a lower bound of endurance limit in rolling fatigue can be determined from the knowledge of the micro yield stress of the steel matrix. To apply this approach to a carburised steel it is necessary to perform a local measurement of the micro yield stress. The nano-indentation technique is a useful tool to investigate at a very local scale the mechanical properties but it does not allow a direct determination of the micro yield stress. To overcome this difficulty we propose an inverse method. In a first step we show that from the knowledge of the work hardening curve a finite element simulation of the nano-indentation test gives a very precise prediction of the force-displacement response. In a second step we use the previous result to determine from the comparison between the experimental results of indentation tests and the simulated one the work hardening law of the tested zone. Finally this approach is applied to the determination of the micro yield stress profile of a carburised steel.