X-ray diffraction for residual stress and cold work measurements of shot peened materials

Résumé

Les performances en fatigue des pièces aéronautiques peuvent être améliorées dans une certaine mesure via des traitements de surface tel que le grenaillage de précontrainte. Le grenaillage est un procédé de déformation à froid consistant à déformer plastiquement la surface de pièces métalliques en y impactant à grande vitesse des micro-billes, afin d’y introduire des contraintes résiduelles. Ainsi, le grenaillage est souvent considéré comme bénéfique pour l’amélioration des performances en fatigue mais est rarement pris en compte dans les étapes de conception. Pour que ce soit le cas, une mesure précise des contraintes résiduelles et des déformations plastiques introduites est nécessaire. Un grand nombre de techniques (méthode du trou, diffraction des rayons X (DRX), méthode du contour, etc.) existent pour la mesure des contraintes résiduelles, mais seule la DRX permet de la coupler avec la mesure de la déformation plastique. Cette étude fait partie d’un plus large projet de recherche visant à perfectionner la compréhension du procédé de grenaillage utilisé pour l’amélioration des performances en fatigue de la nuance 300M d’acier, de l’alliage d’aluminium 7050, et du superalliage de nickel IN718 et au développement de modèles de simulation du procédé et de fatigue. Cette étude vise principalement à identifier les problèmes expérimentaux liés à la mesure des contraintes résiduelles. Ce travail de recherche implique la comparaison de la méthode bien connu du sin2 ψ et la méthode alternative du cos α, deux techniques de DRX basées sur deux géométries de détecteurs et deux méthodes de calcul des contraintes résiduelles différentes. De plus, ce travail montre les possibilités liées à l’utilisation de la largeur du pic de diffraction pour la mesure de la déformation plastique introduite par le grenaillage. Les deux méthodes de DRX ont été comparées, de manière innovante, via l’identification des grains diffractants à partir de cartes EBSD en considérant la géométrie des détecteurs ainsi que la méthode de calcul de chacune des méthodes de DRX. La texture artificiellement produite par la mesure de DRX a été tracée pour la première fois sous forme de figures de pôles. La constante radiographique 1/2S2 a été calculée et comparée pour chacun des cas. Il apparaît que les deux techniques présentent des textures artificielles différentes et des constantes radiographiques légèrement différentes ont été trouvées pour les différents ensembles de grains diffractants considérés au cours de cette étude. De plus, la déformation plastique a été évaluée via l’utilisation de courbes de calibration reliant les pics de diffraction à la déformation plastique pour chacun des trois matériaux et différentes conditions de grenaillage. Les profils mesurés de contraintes résiduelles et de déformations plastiques ont été utilisés dans le projet de recherche pour la prédiction des performances de vie en fatigue de pièces grenaillées.

Date	20 juil. 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Philippe Bocher (Directeur(-trice)) & Martin Lévesque (Codirecteur(-trice))