Vers la détermination rapide des propriétés HCF des aciers prenant en compte l’influence d’une pré-déformation à partir d’essais d’auto-échauffement^*

Towards a faster determination of the plastic pre-strain influence of HCF properties of steels from self-heating measurements

¹ LBMS (EA 4325), ENSTA-Bretagne/UBO/ENIB, 2 rue François Verny, 29806 Brest Cedex 9, France
e-mail : remi.munier@ensta-bretagne.fr
² ArcelorMittal Maizières Research and Development, BP 30320, 52283 Maizières les Metz Cedex, France

Reçu : 14 Septembre 2010
Accepté : 15 Juin 2011

Résumé

La fatigue à grand nombre de cycles (HCF) prend une place majeure dans le dimensionnement des pièces de l’industrie automobile. Beaucoup de ces pièces sont obtenues à partir de tôles en acier par emboutissage. Lors de cette opération de mise en forme, l’acier est déformé plastiquement dans différentes directions. Une prévision fiable de durée de vie de ces pièces requière alors de connaître les propriétés en fatigue du matériau pré-déformé. De nos jours, l’évolution des propriétés en fatigue est souvent négligée, due principalement au temps prohibitif qui doit être alloué à des essais de fatigue classique. Pour réduire le temps de caractérisation, les essais d’auto-échauffement sont utilisés. Cette approche permet de déterminer l’influence d’une pré-déformation plastique homogène sur les propriétés en fatigue des aciers, via un modèle probabiliste à deux échelles. Le but de ce papier est de proposer une approche expérimentale originale pour identifier l’influence d’une pré-déformation plastique sur une large gamme de pré-déformation grâce à une seule et unique éprouvette. Le cas particulier d’une éprouvette avec un gradient constant de pré-déformation est présenté. L’utilisation de la corrélation d’images permet de valider la répartition du champ de pré-déformation plastique. Une mesure par caméra infrarouge lors de l’essai d’auto-échauffement couplée à la résolution de l’équation de la chaleur 1D permet d’identifier l’influence d’une pré-déformation plastique sur les propriétés en fatigue de l’acier dual phase considéré.

Abstract

High cycle fatigue (HCF) takes a major place in the design of automotive components. These parts are obtained from steel sheets by primary stamping operations. During this drawing operation, the steel is plastically strained according to different directions or strain paths. A reliable fatigue life prediction of these components requires a determination of the pre-strained steel. Nowadays, the evolution of the fatigue properties is often neglected, mainly due to the prohibitive time dedicated to traditional fatigue campaigns. To drastically reduce this time of characterization, self-heating measurements are used. By using a two scale probabilistic model, describing the progressive appearance of microplasticity, it is possible to determine the influence of plastic pre-strain on specimens homogeneously pre-strained. In this paper, an original experimental approach is proposed. Only one non-conventional specimen is used to determine the influence of plastic pre-strain on a wide range of plastic pre-strain. The particular case of a specimen having a constant gradient of plastic pre-strain is under interest. The use of kinematical field measurements (DIC) permits to validate the plastic pre-strain distribution. The use of thermal field measurements during the self-heating test, associated with the solving of the 1D heat conduction equation, permits to identify the influence of a plastic pre-strain on the HCF properties of the studied dual-phase steel.