Sensibilité des métaux ferreux à l'effet d'entaille en fatigue

Les matériaux ferreux sont souvent utilisés pour la fabrication de pièces, machines, équipements, etc. Selon leur composition chimique et leur méthode d'élaboration, les alliages ferreux présentent des propriétés mécaniques très variées. Le choix de l'alliage est basé sur le type de chargement, l'environnement, le coût, la formabilité et d'autres conditions de fonctionnement. Cette étude a pour but de comprendre le comportement en fatigue de deux aciers ayant une sensibilité différente à l'effet d'entaille : l'acier de construction 350W et l'acier 4140 trempé et revenue, le premier étant moins sensibles à l'effet d'entaille car peu résistant à l'amorçage des fissures. Des essais de fatigue à R = -1 et R = 0 ont été réalisés pour les deux aciers sur trois types d'éprouvette en chargement axial (bord lisse, entaille douce et entaille sévère). Les surfaces de rupture ont été observées et analysées. Le degré de déformation, le nombre de sites d'amorçage ainsi que l'emplacement de la zone de rupture finale ont été étudiés. Les données S-N obtenues ont permis de déterminer les courbes S-N par régression, les limites d'endurance et les facteurs de réduction de la résistance en fatigue. Les résultats ont été interprétés et les valeurs obtenues ont été comparées avec les valeurs estimées par différentes approches existantes. Notamment la validité des estimations des courbes S-N par l'approche d'amorçage/propagation et par la méthode de Juvinall a été éprouvée. La limite d'endurance d'une éprouvette avec bord lisse sollicitée en traction-compression représente 49% de la résistance à la traction de l'acier 350W et 46% de celle de l'acier 4140TR. À R = 0, cette fraction devient 39% pour les deux aciers. Les courbes S-N de l'acier 4140TR sont pour toutes les géométries situées au-dessus de celles du 350W. Les courbes S-N des éprouvettes entaillées sont d'autant plus basses par rapport aux courbes des éprouvettes à bord lisse que le facteur kt est élevé. La chute de la limite d'endurance la plus marquée a été observée dans le cas de l'acier 4140TR, ce matériau donc plus sensible à l'effet d'entaille. Ceci a pour conséquence que le rapport entre les limites d'endurance des deux aciers diminue quand la sévérité d'entaille augmente. Cependant si l'augmentation de la sévérité d'entaille entraine une diminution de la limite d'endurance, la réduction de la résistance diminue quand le nombre de cycles à la rupture diminue. Les courbes S-N ont des pentes d'autant plus élevées que l'entaille est sévère.