The Effect of High-Temperature Shot Peening on the Fatigue Life of 7010-T7452 Aluminum Alloy

L’alliage d’aluminium 7010, apprécié pour sa résistance et sa légèreté, fait face à des défis de fatigue dans les applications aérospatiales et automobiles. Les défaillances dues à la fatigue présentent des risques pour la sécurité et le rendement. Le grenaillage, un traitement mécanique utilisant des particules sphériques, induit une déformation de surface contrôlée, améliorant la résistance à la fatigue et prolongeant la durabilité. Le processus, lorsqu’il est ajusté pour la température, améliore encore les propriétés de surface. Ce grenaillage dynamique a attiré l’attention pour adapter les propriétés des matériaux à des applications spécifiques, ce qui en fait un point focal dans la recherche et l’industrie. Ce travail est consacré à l’étude de l’impact du grenaillage et du grenaillage à haute température sur les caractéristiques de fatigue de l’alliage d’aluminium AA7010-T7452. Un examen complet de l’intégrité de la surface, induite à la fois par le grenaillage et par le grenaillage à haute température, a été effectué afin d’acquérir une compréhension approfondie des réponses mécaniques et métallurgiques des matériaux soumis à des traitements thermiques de surface. L’enquête a comporté une série d’essais de fatigue exhaustifs effectués sur trois groupes d’échantillons distincts : ceux qui sont dans leur état de réception, ceux traités par grenaillage conventionnel et ceux traités par grenaillage à haute température. Des paramètres et des températures de grenaillage variés ont été utilisés. Les performances de fatigue résultantes ont été corrélées avec des facteurs clés tels que la rugosité de surface, la dureté de surface, les contraintes résiduelles de compression et les altérations microstructurales spécifiques à chaque condition de grenaillage. L’analyse documentaire a permis de déterminer que l’intensité Almen et les températures de RT à 300 °C sont des paramètres cruciaux pour le grenaillage à haute température. La première phase du projet s’est concentrée sur la validation d’une configuration HTSP nouvellement développée, assurant la reproductibilité dans des intensités Almen de 0,10 à 0,20 mmA. La deuxième phase a examiné les altérations de l’intégrité de la surface induites par le HTSP sur les échantillons AA7010-T7452. L’objectif était d’identifier les paramètres HTSP optimaux, en examinant la dureté, les contraintes résiduelles et les changements de microstructure par rapport au grenaillage conventionnel et aux états de réception. La troisième phase a évalué les effets du HTSP sur la durée de vie en fatigue par des essais de fatigue axiale, en comparant les résultats avec le grenaillage conventionnel et les échantillons reçus sous différentes contraintes. Les résultats ont été examinés pour avoir un aperçu des améliorations vi potentielles de la durée de vie de la fatigue. Les expériences ont révélé des augmentations significatives de la rugosité de surface à mesure que l’intensité Almen augmentait de 0,10 mmA à 0,20 mmA. À température ambiante, la rugosité a augmenté de 1,3 fois, tandis qu’à 100 °C, elle a augmenté de 80% environ. L’augmentation la plus importante a été observée à 150, 200, 250 et 300 °C. Cette augmentation a été attribuée à une intensité Almen plus élevée, ce qui a entraîné des indentations plus prononcées. De plus, la rugosité de surface a connu une augmentation considérable, allant de 1,4 à 2,3 fois, avec une hausse des températures de la température ambiante à 300 °C. Cette augmentation induite par la température a été liée à une diminution de la limite d’élasticité du matériau à des températures plus élevées, entraînant une augmentation de la déformation plastique induite par le grenaillage. Le grenaillage conventionnel a conduit à une augmentation notable de la dureté par rapport aux échantillons reçus dans toutes les intensités Almen. Le grenaillage à différentes températures a montré des effets variés sur la dureté. De plus, les mesures des contraintes résiduelles ont indiqué que, jusqu’à 100°C, les effets de durcissement étaient importants, mais au-delà de cette température, le ramollissement thermique dépassait le durcissement. Cette transition a entraîné une diminution de l’ampleur de la contrainte résiduelle de compression et une distribution étendue de la profondeur des contraintes résiduelles de compression. Le grenaillage à haute température à 100°C et 150°C a augmenté la profondeur des contraintes résiduelles de compression par rapport au grenaillage à température ambiante. De plus, la largeur totale à la moitié de la distribution maximale à une intensité de 0,20 mmA a montré une tendance à la baisse avec l’augmentation de la température, indiquant une distribution plus étroite des profils de contrainte après grenaillage à haute température à des températures plus élevées.