Étude des régimes de déformation de matériaux élastiques parfaitement plastiques au cours de l'indentation parabolique et sphérique

La déformation de matériaux élastiques parfaitement plastiques indentés par une parabole et par une sphère est étudiée à l'aide de calculs par éléments finis. L'étude montre que, lorsque la plasticité se produit, quatre régimes de déformation successifs sont observés pour des matériaux de rapport $E/\sigma_{y}$ élevé. Le premier régime, et dans une moindre mesure, le deuxième régime correspondent à une forte évolution de la morphologie de la zone plastique indentée. Le troisième régime correspond au régime appelé communément "régime purement plastique" dans lequel la pression moyenne d'indentation est constante et environ égale à trois fois la limite d'élasticité du matériau indenté. Ce régime ne correspond cependant pas à un régime de similarité car on observe une accentuation de l'augmentation du bourrelet. Le quatrième régime correspond à une diminution de la pression moyenne d'indentation et à une augmentation encore plus prononcée du bourrelet. Pour les matériaux de rapport $E/\sigma_{y}$ élevé, le quatrième régime apparaît lorsque les valeurs de rayon de contact adimensionnel a/R sont inférieures à 0,01. Au fur et à mesure que le rapport $E/\sigma_{y}$ d'un matériau indenté diminue, les différents régimes plastiques précédant le quatrième régime disparaissent pour laisser leurs places à celui-ci. Les résultats des simulations numériques montrent que le troisième régime n'existe lors des indentations sphérique et parabolique que pour des matériaux élastiques parfaitement plastiques de rapport $E/\sigma_{y}$ supérieur à 2000 environ

Études numérique et expérimentale des grandeurs mesurables en indentation sphérique : influence du frottement et du mode d'écrouissage du matériau

Les résultats d'indentation sphérique obtenus expérimentalement sur des aciers au carbone ayant subi un traitement de globulisation sont comparés à ceux obtenus numériquement. L'étude des courbes d'indentation montre que le frottement a une influence négligeable sur la courbe de chargement et faible sur la courbe de déchargement. Les simulations numériques montrent que le type d'écrouissage, isotrope ou cinématique, a une influence non négligeable sur la courbe de décharge. Le retour du matériau est beaucoup plus important dans le cas d'un écrouissage cinématique surtout à la fin de la décharge. L'étude de la morphologie des empreintes confirme ce résultat. La morphologie des empreintes obtenue numériquement montre aussi que la hauteur de bourrelet est influencée faiblement par le type d'écrouissage et fortement par le frottement. La hauteur du bourrelet diminue avec l'augmentation du coefficient de frottement. Cette étude montre que les calculs par éléments finis effectués en considérant une loi de comportement élasto-plastique isotrope, écrouissable avec un écrouissage cinématique non nul et un coefficient de frottement non nul entre le matériau et l'indenteur, permettent d'obtenir des résultats numériques d'indentation très proches de ceux obtenus expérimentalement

Study of the concept of representative strain and constraint factor introduced by Vickers indentation

The application of the concept of the representative strain is often used in the stress-strain curve determination from indentation test because it can significantly simplify the analysis of the indentation response. A new methodology for determining the representative strain for Vickers indentation is presented in this article. Following a procedure based on finite element simulations of indentation of elastoplastic materials, two representative strains are defined: the representative strain characteristic of the mean pressure and the representative strain characteristic of the Martens hardness or the indentation loading curvature. The results obtained from this methodology show that there is no universal value of representative strain independent of the mechanical parameters of materials indented by Vickers indentation. It is also shown that the representative strain, obtained by Vickers indentation is much lower when it is obtained from the relationship between the applied force and the penetration depth, F-h, rather than from the relationship between the applied force and the contact radius, F-a. The values of the calculated representative strains show that simultaneous measurement of relationships F-a and F-h make it possible to characterize the hardening law with two unknown parameters by Vickers indentation

Comparaison entre les déformations représentatives de l’indentation Vickers et de l’indentation sphérique

Le concept de déformation représentative est souvent employé lors de la détermination de la loi d’écrouissage d’un matériau par indentation. Une nouvelle méthodologie de détermination de la déformation représentative en indentation Vickers et sphérique est présentée dans cet article. Les résultats obtenus à partir de cette méthodologie montrent qu’il n’existe pas de constante universelle de déformation représentative indépendante des paramètres mécaniques des matériaux indentés par des pénétrateurs Vickers et sphérique. Il est montreégalement que la déformation représentative de l’indentation Vickers ou sphérique est beaucoup plus faible lorsque celle-ci est obtenue à partir de courbe d’indentation, F-h, plutôt qu’à partir de la relation entre l’effort appliqué et le rayon de contact, F-a. En choisissant une même déformation représentative en indentation sphérique et en indentation Vickers, les résultats montrent que le même facteur de confinement est obtenu. Ce résultat montre qu’il est possible de trouver une analogie parfaite entre ces deux types d’indentation. Les valeurs de déformations représentatives obtenues montrent que la prise en compte simultanée des relations F-a et F-h permet à priori de caractériser la loi d’écrouissage à deux paramètres inconnus d’un matériau indenté. Dans le cas de l’indentation sphérique, l’identification d’une loi d’écrouissage d’un matériau à partir de F-a et de F-h doit amener à une détermination plus précise de la loi d’écrouissage σ-ε

Influence of hydrogen contamination on the tensile behavior of a plasma ion nitrided steel

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Hydrogen Diffusion in Plasma Ion Nitrided Steel

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Étude de l’effet d’un support sphérique utilisé pour la macroindentation des tôles métalliques

Dans le cadre de l’application de l’essai d’indentation instrumentée aux tôles fines, nous présentons d’abord les problèmes de reproductibilité liés à la flexion des tôles, non parfaitement planes, sous l’indenteur. Nous montrons ensuite que l’utilisation d’un dispositif expérimental breveté permet d’obtenir des courbes non perturbées par la courbure de la tôle. Des essais d’indentation menés sur un aluminium faiblement allié particulièrement homogène avec plusieurs rayons d’indenteur montrent que la reproductibilité est parfaite et indépendante du rayon d’indenteur utilisé. Une étude numérique est menée pour déterminer l’influence de la géométrie et du matériau constituant le support en fonction du matériau indenté. Les résultats montrent que le rayon du support a une influence non négligeable sur la courbe d’indentation et que l’écrasement du support, qui peut avoir une forte influence sur la mesure de pénétration, est, à force égale, peu dépendant du matériau indenté et du rayon du support, mais il est en revanche proportionnel à l’inverse du module de Young du support

Revue bibliographique sur la caractérisation mécanique des matériaux utilisant la déformation représentative en indentation sphérique

L’indentation instrumentée permet d’accéder à plusieurs propriétés mécaniques des matériaux conduisant notamment à la connaissance de leur loi d’écrouissage. En l’absence de procédure normalisée, de nombreuses techniques ont été proposées ces dernières décennies. Le présent travail est une étude bibliographique sur les méthodes de caractérisation mécanique, par indentation instrumentée, basée sur l’utilisation d’une déformation représentative. On distingue deux familles de méthodes. La première, basée sur la dureté Meyer, regroupe les méthodes consistant à effectuer des essais de dureté à différentes charges et à déterminer, à partir de ces duretés et de la mesure du rayon de l’empreinte correspondant, une déformation représentative d’indentation et la contrainte correspondante afin de définir la courbe d’écrouissage « point par point » du matériau testé. La seconde regroupe les méthodes consistant à trouver les paramètres de la loi d’Hollomon qui minimisent l’écart entre la courbe d’indentation expérimentale F(h), et un modèle, basé sur une déformation représentative, reliant les grandeurs mesurées (F, h) et les paramètres la loi de Hollomon. Chaque famille de méthodes présente des avantages et des inconvénients qu’il convient de connaître pour choisir la méthode la mieux adaptée au cas d’étude et ainsi exploiter au mieux l’essai d’indentation instrumentée

Influence de l'hydrogène sur le comportement en traction d'un acier faiblement allié nitruré ioniquement

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