Experimental and Numerical Study of Needle Peening Effects in Aluminium Alloy 2024-T3 Sheets

Le grenaillage est un procédé utilisé dans l'industrie aérospatiale pour améliorer la vie en fatigue des composantes soumises à des contraintes cycliques, comme les trains d'atterrissage, les voilures d'avion et certaines pièces de moteurs. La méthode de grenaillage la plus commune consiste à projeter des petites billes sur la surface d'une pièce pour modifier sa structure de surface. Les impacts des billes, appelées grenailles, induisent des déformations plastiques en surface, ce qui conduit à des contraintes résiduelles compressives en surface. Bien que la grenailleuse soit utilisée pour le traitement de grandes pièces, il existe des technologies pour faire le grenaillage localisé, comme le grenaillage aux aiguilles. Ce travail de recherche a eu comme objectif d'analyser en détail le comportement d'un nouveau prototype d'appareil de grenaillage à aiguilles, appelé le SPIKERTM pour en comprendre les effets sur les contraintes résiduelles de l'alliage AA2024-T3. L'équipement a été premièrement caractérisé en utilisant une caméra à haute vitesse pour étudier son comportement en changeant la pression d'opération. L'ensemble des images collecté a été traité par un nouvel algorithme de manipulation numérique pour quantifier la vitesse et la fréquence des impacts des aiguilles. La vitesse au moment d'impact et la fréquence des impacts ont été déterminées pour différents paramètres d'opération. Il a été conclu que la vitesse et la fréquence des impacts augmentent avec la pression. Des anomalies du comportement, dont des variations de la fréquence et la vitesse parmi les aiguilles, ont été observées. La réponse de l'alliage AA2024-T3 au grenaillage aux aiguilles a été étudiée expérimentalement sur des tôles d'une épaisseur de 1.6 mm. Les tôles ont été coupées aux dimensions des bandes Almen et traitées par le SPIKER R. L'alliage AA2024-T3 a été choisi car il a été bien étudié à l'École Polytechnique de Montréal dans la cadre de recherche de grenaillage conventionnel. Des essais de saturation ont été réalisés pour déterminer la déflection à la saturation pour plusieurs paramètres de grenaillage. La déflection a été aussi mesurée avec l'outil standard Almen utilisé dans la vérification périodique du traitement. Comme l'aluminium n'était pas magnétiquement compatible avec l'outil Almen, la déformation des échantillons a été mesurée avec une Machine à Mesurer Tridimensionnelle (MMT). La répétabilité du procédé a été démontrée et la déflection au point de saturation, comme le temps de saturation, ont été obtenus. Les diamètres des indentations crées par les impacts ont été mesurés pour les différentes valeurs de pression en utilisant la photographie microscopique.