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Le grenaillage de précontrainte

Grenaillage de précontrainte appliqué par MIC

Le shot peening ou grenaillage de précontrainte est la méthode la plus économique et la plus utilisée pour introduire des contraintes résiduelles de compression à la surface des matériaux métalliques. Il devient alors possible d’augmenter la durée de vie ou la charge admissible de la pièce.

La fatigue est à l’origine de 80 à 90% des ruptures en service et 1/3 pourraient être évitées. Les contraintes résiduelles de traction générées par les moyens de fabrications combinées à de fortes sollicitations sont souvent la cause des ruptures prématurées.

Quelques applications du shot peening:shot-peeneing

  • Fatigue des métaux
  • Fatigue corrosion
  • Corrosion sous contrainte
  • Corrosion inter-granulaire
  • Fretting (corrosion de contact)
  • Grippage
  • Pitting (écaillage flan de denture)
  • Usure

MIC est spécialisé dans la prestation de service de grenaillage de précontrainte sur tous types de matériaux métalliques y compris les pièces en matériaux frittés. Nous appliquons ce traitement de surface dans tous les domaines industriels. Visitez notre page Grenaillage de Précontrainte ainsi que notre vidéo ci-dessous montrant le principe de ce traitement.

Le grenaillage de précontrainte – Explications

french-impactLe shot peening ou grenaillage de précontrainte est un traitement qui permet d’écrouir, de manière très contrôlée, la surface des matériaux métalliques avec des billes. Ces billes peuvent être en acier, inox, verre ou céramique.

Chaque bille frappe le métal comme un minuscule marteau en laissant une petite empreinte sur la surface. L’allongement dans le domaine élasto-plastique du matériau en surface et la réaction du matériau à cœur génèrent une contrainte résiduelle de compression. L’amplitude de la contrainte résiduelle de compression est directement liée à la limite d’élasticité du matériau et est approximativement égale à 80% de cette valeur en compression.

Critères de conception – Efficacité et coût

Sélection des paramètres:

  • Connaissance de l’utilisation de la pièce
  • La géométrie de la pièce
  • Méthodes de fabrication
  • Propriétés mécaniques du matériau
  • Sensibilité à l’allongement du matériau
  • Environnement
  • Conditions de service, charge et cycles
  • Coûts

Tous ces critères doivent être considérés lors du choix des paramètres de grenaillage et doivent bien entendu être surveillés attentivement en production.

Profondeur de la couche en compression – c’est la couche qui protège la pièce contre l’initiation et la propagation de fissure. La profondeur de la compression est proportionnelle à l’énergie cinétique du jet de billes mais en tenant compte de l’épaisseur de la pièce. Une couche plus profonde est généralement souhaitable pour retarder la propagation de fissure, la tolérance aux dommages ou un environnement sévère.

traction

La contrainte de surface – Son amplitude est généralement plus faible que la contrainte de compression maximum qui est en sous-couche mais qui peut être adaptée en fonction de l’application.

Contrôle du procédé – Pour assurer la fiabilité et la répétabilité du procédé, les paramètres doivent être contrôlés avec précision et rigueur.

Le grenaillage de précontrainte diffère de la plupart des procédés de fabrication car il n’existe pas de méthode non-destructive pour confirmer la bonne réalisation du traitement suivant les spécifications. Les techniques, comme la diffraction des rayons X, exigent le sacrifice d’une pièce pour obtenir un profil de contraintes résiduelles de compression.

Pour respecter les spécifications en production, il est indispensable de s’assurer du contrôle strict du procédé : Bille, intensité Almen, recouvrement, orientation des jets et répétabilité. L’équipement doit être automatisé pour garantir le déplacement homogène de la pièce sous le jet de grenailles pour respecter l’appellation de “Grenaillage de Précontrainte”.

Contrôle du media – L’obtention d’une contrainte résiduelle homogène en amplitude et profondeur passe obligatoirement par le contrôle strict du diamètre et de la forme de la bille.

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Des billes déformées ou de mauvais diamètre génèrent des profils de contraintes résiduelles irréguliers ainsi que des défauts de surface qui peuvent être à l’origine de départs de fissures :

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Contrôle de l’intensité – L’intensité du grenaillage est la mesure de l’énergie cinétique du jet de billes. C’est l’un des moyens essentiels pour assurer la répétabilité du procédé. Cette énergie est directement liée à la profondeur de la contrainte résiduelle dans la pièce. L’intensité Almen peut être augmentée en utilisant un diamètre de bille plus grand et/ou augmenter la vitesse du jet de bille.

D’autres variables doivent être considérées comme l’angle d’impact et le type de média. L’intensité est mesurée en utilisant des éprouvettes Almen et doit être conduit au moment du réglage machine puis répété à intervalles réguliers.

Contrôle du recouvrement – Un recouvrement complet est crucial pour assurer un shot peening de qualité. Le recouvrement est la mesure du pourcentage d’impacts sur la surface de la pièce. Il ne devrait être jamais inférieur à 100% puisque les fissures de fatigue ou de corrosion sous contrainte peuvent s’initier dans les zones non soumises aux contraintes résiduelles de compression. Certains matériaux se bonifient avec un recouvrement supérieur à 100%.

 

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