Le fluoperçage et le fluotaraudage comme moyen d'améliorer la durée de vie en fatigue d'éprouvettes trouées représentatives d'implants de type plaque

Cette étude vise à évaluer l’utilisation du perçage et du taraudage déformant dans l’optique d’améliorer la durée de vie en fatigue des éprouvettes représentatives d’implants orthopédiques de type plaque. La littérature montre que les trous taraudés sont des concentrateurs de contraintes pouvant mener au bris par fatigue des implants orthopédiques. Dans une très récente étude, une alternative aux procédés de perçage (PC) et taraudage (TC) par coupe est utilisée pour former ces trous. Il s’agit des techniques de perçage et de taraudage par déformation : le fluoperçage (FP) et le fluotaraudage (FT). Les résultats publiés révèlent que les discontinuités causées par le FT, et l’écrouissage induit par le FP et le FT, sont néfastes en ce qui concerne de durée de vie en fatigue. Ce projet de maîtrise poursuit ces travaux afin d’explorer des conditions de mise en forme alternatives qui produiraient des bénéfices en fatigue. Le travail présenté est essentiellement de nature expérimentale. Il est réalisé sur des éprouvettes en acier inoxydable austénitique 316L. La première partie du projet de maîtrise consiste à examiner les effets de la variation des conditions de mise en forme des trous taraudés sur la présence des discontinuités et sur l’écrouissage, via des examens métallographiques et des mesures de microdureté. Les résultats de cette partie du projet montrent que les discontinuités sont inhérentes au procédé de FT. Elles ont été observées sur tous les spécimens aux trous taraudés, indépendamment de la vitesse de rotation du taraud déformant (ωT=100, 260 et 400 rpm). L’utilisation d’outils coupants, au contraire, n’engendre pas de discontinuités à l’échelle observée. Les relevées de micro dureté montrent que la combinaison du FP et du FT augmente la microdureté de 80±8 % en proche surface des filets. Lorsque l’impact du FP sans FT est analysé, l’augmentation de la microdureté varie en fonction des vitesses de descente et de rotation utilisées de 20 à 40 %. Une diminution de la vitesse de descente et/ou une augmentation de la vitesse de rotation augmentent l’échauffement de la matière. Lorsque la matière est plus chaude, la zone affectée thermiquement s’élargit et le matériau s’adoucit. Lorsque l’impact du FT est étudié indépendamment (avec un PC préalable), la microdureté augmente de 75±6 % au sommet d’un filet PC+FT par rapport au métal de base. La variation de la vitesse de FT n’impacte pas l’écrouissage induit, dans la limite des trois valeurs essayées. La seconde partie du projet présente, sous forme d’un article scientifique, l’étude du comportement en fatigue en flexion quatre points d’éprouvettes représentatives des implants orthopédiques de type plaque. Les trous des éprouvettes sont mis en forme dans les conditions choisies à la suite des résultats de la première partie du projet. Trois lots d’éprouvettes sont étudiés. Le premier possède des trous taraudés par PC et FT, le second par FP et TC, et le dernier par PC et TC, il s’agit de la référence. Les essais sont menés à trois niveaux de contraintes avec un rapport de charge de R=0.1 et une fréquence de f=20 Hz.