Caractérisation de la décarburation des aciers par indentation normale à la surface modifiée
La caractérisation mécanique par indentation d’une couche modifiée par diffusion nécessite une étude dans une section droite qui s’obtient après découpe et polissage de la pièce. Cette étude est souvent longue et fastidieuse et détruit l’échantillon. C’est pourquoi, l’objectif est d’analyser la zone décarburée à partir de mesures en indentation prises perpendiculairement à la surface modifiée. Pour cela, un modèle est proposé permettant de reconstruire le profil de dureté à condition qu’il soit mathématiquement représenté par une loi exponentielle simple. Ce modèle est également basé sur l’expansion sous forme hémisphérique de la zone de déformation plastique générée sous l’indenteur. Un critère est ainsi défini pour estimer la profondeur totale de décarburation à partir de l’indentation normale à la surface. Les validations du modèle de dureté et du critère de décarburation sont obtenues sur un acier décarburé dans quatre situations visant des teneurs superficielles en carbone comprises entre 0,1 et 0,4 % pour une teneur initiale de 0,54 %.
Tableau 1. Composition chimique en pourcentage massique a de l’acier étudié.
Figure 1. Profil de dureté mesurée expérimentalement (symboles), calculé à partir de la loi des mélanges, relation (1) (courbes en trait plein) et lissé par la loi exponentielle, relation (6) (courbes en trait pointillé).
Figure 2. Schéma de la zone de déformation plastique sous l’empreinte d’indentation dans le cas de la déformation d’un matériau homogène (demi-sphère) et de la déformation d’un matériau à gradient de propriétés (ellipse).
Couche d’épaisseur dx située à une distance x sous la surface et de dureté HVi(x)
Tableau 2. Résultats des essais d’indentation réalisés perpendiculairement à la surface décarburée en fonction de la charge appliquée et pour chaque condition de décarburation.
Figure 3. Variation du nombre de dureté mesuré en indentation normale en fonction de la charge appliquée et pour les 4 situations de décarburation de l’acier à ressorts.
Figure 3. Variation du nombre de dureté mesuré en indentation normale en fonction de la charge appliquée et pour les 4 situations de décarburation de l’acier à ressorts.
Figure 4. Application du modèle de construction du profil de dureté à partir des mesures par indentation normale (courbes en trait plein), représentation de la loi exponentielle (courbes en trait pointillé) et comparaison avec la dureté expérimentale.
Tableau 4. Valeurs des coefficients k déduites des essais d’indentation normale (I.N.) et du lissage avec la loi exponentielle (L.E.) des aciers décarburés dans les 4 situations.
Tableau 5. Profondeurs de décarburation déduites du modèle en indentation normale (I.N.) et comparaison avec les profondeurs estimées graphiquement et celles calculées par la loi exponentielle (L.E.).
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