La Tensions résiduelles

Que sont les tensions résiduelles? Les tensions résiduelles sont une série de forces présentes à l’intérieur des matériaux, même sans sollicitations extérieures et avec des températures constantes et uniformes. Ces tensions, aussi bien que les stress de charge, comportent des variations dans la stabilité du système en en modifiant à la fois dimension, résistance à la fatigue et à la rupture. Les stress résiduels, qui se développent normalement dans le morceau-même pendant les processus de fabrication et d’usinage, peuvent se combiner avec les charges d’exercice, en accélérant la vitesse d’augmentation des défauts et en portant à la rupture prématurée et souvent catastrophique de la pièce.

 

Les causes de la manifestation des tensions résiduelles

Les causes qui mènent à la manifestations des tensions résiduelles sont généralement divisées en trois macro-catégories qui ont en commun des caractéristiques particulières:
- Tensions résiduelles d’ origine mécanique
- Tensions résiduelles d’origine thermique
- Tensions résiduelles causées par la transformation de phase.
Dans tous les cas les tensions résiduelles peuvent être de traction ou de compression;
celles de compression sont en certains cas bénéfiques et sont ajoutées intentionnellement dans les composants mécaniques avant d’appliquer les charges d’exercice. Le cas le plus commun est le traitement de « shot peeling ».

Dans la pratique, les évènements les plus communs qui comportent des tensions résiduelles sont:
- façonnages mécaniques
- procès de forgeage et de soudure
- non uniformité de la température dans le volume du métal dans les phases de fusion ou de refroidissement 
- réchauffement des matériaux pendant les traitements thermiques
- densité non uniforme du matériel due par exemple aux procédé de trempe des métaux

Importance de l’analyse des tensions résiduelles

L’analyse des tensions résiduelles assume un rôle important et fondamental dans les phases de projet mécanique, car uniquement  à travers le relevé qualitatif et quantitatif de ces forces il est possible de déterminer quels sont les procédés les plus indiqués au façonnage des composants, quelle est la quantité optimale de matériel à utiliser pour leur réalisation ou sa conformation particulière, de façon à prévoir et éviter de mauvais fonctionnements et ruptures.

Modalité de relevé des tensions résiduelles

Une des modalités non destructives de relevé des tensions résiduelles qui est la plus efficace en termes de coût, soin et versatilité, c’est la « méthode du trou ». En faisant un trou de dimensions dans l’ordre de  1,8mm x 2mm on induit une variation de l’état de la tension qui comporte un changement et une redistribution des forces à l’intérieur de la structure. Ce changement peut être mesuré à travers un extensomètre à trois branches, en acquérant et réélaborant les données de façon à obtenir la mesure du stress résidu.

Phases du processus de mesure des tensions résiduelles

En bref, les phases du procédé qui permettent de relever les tensions résiduelles à l’intérieur du matériel sont:
- application d’un extensomètre à trois grilles radiales,
- exécution d’un trou, passant ou borgne, centré avec la rondelle,
- mesure des déformations produites par la relaxation des tensions résiduelles,
- calcul des tensions résiduelles au moyen de l’élaboration des déformations mesurées.