Effet du procédé de poinçonnage sur la tenue en fatigue des tôles minces ferromagnétiques

Effet du procédé de poinçonnage sur la tenue en fatigue des tôles minces 

Le chapitre précédent a été consacré à la caractérisation du matériau ainsi qu’à l’étude de son comportement mécanique cyclique. Ce chapitre sera consacré à l’étude de la résistance en fatigue à grand nombre de cycles de cet alliage Fe-Si. Pour ce faire, des essais de fatigue sont réalisés sur des éprouvettes lisses et entaillées en utilisant différentes conditions de chargement et différentes températures. Les résultats de cette campagne d’essais ont permis d’étudier l’effet des différents paramètres tels que le procédé de poinçonnage, le rapport de charge, la température ainsi que les concentrations de contraintes sur la résistance en fatigue du matériau étudié. Les résultats montrent qu’il y a une importante influence du procédé sur la tenue en fatigue de ce matériau. L’effet du procédé de poinçonnage est donc investigué d’avantage. Les bords des éprouvettes poinçonnées sont altérés par l’opération de poinçonnage. Ils sont donc analysés en utilisant différentes techniques expérimentales telles que la micro-dureté, la diffraction des rayons X, la microscopie optique et la microscopie électronique à balayage ainsi que la profilométrie optique sans contact. Ensuite, des essais de fatigue à grand nombre de cycles sur différentes configurations d’éprouvettes lisses ont permis d’étudier l’influence de chaque effet induit par le procédé sur la résistance en fatigue de cet alliage. Ces aspects sont détaillés dans ce chapitre.

Procédé d’obtention des éprouvettes de fatigue

Le procédé d’obtention des pièces industrielles est un facteur important pour la résistance en fatigue. En effet, chaque procédé induit des effets différents qui peuvent être bénéfiques ou bien néfastes sur la résistance en fatigue des pièces en service. Les pièces des moteurs électriques sont fabriquées par poinçonnage. Ce procédé, couramment utilisé pour la découpe des tôles, est connu pour induire des altérations importantes des bords poinçonnés (contraintes résiduelles, écrouissage…). La prise en compte de ces effets est nécessaire pour estimer d’une façon fiable la résistance en fatigue des pièces découpées. Dans le but d’avoir des éprouvettes représentatives des pièces industrielles, les conditions industrielles ont été utilisées lors de la découpe des éprouvettes de fatigue. Un outil à suivre a été conçu et réalisé à cette fin (Figure III–1), il permet de fabriquer des éprouvettes lisses et entaillées. Pour la fabrication des éprouvettes entaillées, deux opérations sont nécessaires, tandis que les éprouvettes lisses ne nécessitent qu’une seule opération. La tôle défile sous l’outil jusqu’au premier poste qui permet de faire l’entaille. Le poinçonnage de l’éprouvette entaillée est alors effectué au deuxième poste. Pour les éprouvettes lisses, une seule opération au deuxième poste est nécessaire. L’outil est monté sur la presse utilisée pour la fabrication des pièces industrielles. Le poinçonnage est ainsi réalisé en utilisant les mêmes conditions, et notamment la même vitesse de frappe. La tôle déroulée de la bobine passe par un redresseur avant d’être découpée.

La première configuration est relative aux éprouvettes poinçonnées représentatives des pièces industrielles. La deuxième est relative aux éprouvettes poinçonnées dont le bord a été ensuite poli en utilisant du papier abrasif. La troisième configuration est celle des éprouvettes poinçonnées qui ont subi un traitement thermique de détensionnement. Et la dernière configuration est relative aux éprouvettes obtenues par poinçonnage dont le bord a été poli, elles ont ensuite subi un traitement thermique de détensionnement. Le but de cette dernière configuration est de définir une référence, représentative de la tenue en fatigue intrinsèque du matériau, à laquelle comparer les résultats des essais sur les différentes configurations d’éprouvettes testées. L’opération de polissage a été effectuée à la main jusqu’à l’enlèvement des défauts géométriques visibles sur le bord. Deux grades de papier abrasif ont été utilisés. Le premier grade (P1200) a été utilisé jusqu’à la disparition des défauts visibles sur le bord. Ensuite, le deuxième (P4000) a été utilisé pour enlever les rayures suite à l’opération de polissage sur les deux bords. En plus des défauts géométriques, l’opération de polissage permet d’enlever une partie de la zone écrouie et elle modifie l’état de contraintes résiduelles sur le bord [61]. Le traitement thermique de détensionnement a été réalisé, les détails de ce traitement sont confidentiels. Le schéma (Figure III–2) présente le cycle de traitement thermique qu’ont subi les éprouvettes pour éliminer l’écrouissage et les contraintes résiduelles induites par le procédé de poinçonnage. Dès la réception des éprouvettes, nous avons vérifié l’efficacité de ce traitement en utilisant les techniques de micro-dureté et de diffraction des rayons X. Les résultats seront présentés dans ce chapitre.