Dans le domaine de l’usinage de pièces métalliques, l’usure des outils de coupe est un phénomène inévitable.Cette usure, bien qu’elle ne soit pas le seul facteur, se répercute dans la qualité des pièces fabriquées. Il est alors nécessaire de compenser cette usure en altérant la trajectoire des outils de coupe dans une machine à commande numérique. Nous évaluons différentes techniques d’apprentissage automatique afin d’estimer et de prévoir les dimensions des futures pièces usinées (et donc indirectement la compensation à apporter). Nous établissons une relation mathématique qui lie une variable de sortie, soit l’ensemble des mesures de la pièce produite, à un vecteur de variables d’entrées (historique des outils et des mesures). Nous proposons une démarche systématique pour évaluer la performance de différents modèles en contexte d’ajustement,d’interpolation et d’extrapolation. Les forêts aléatoires d’arbres décisionnels ont donné les meilleurs résultats. / Tool wear is an inevitable phenomenon in CNC manufacturing. This has a negative effect on the quality of the manufactured parts. Therefore, it is necessary to compensate the tool wear by altering the tool path in the CNC machines. We evaluate different machine learning techniques to estimate and predict the measurement / qualityof future workpieces. We establish the mathematical relation that links the output variable, corresponding to the workpiece measurements, to a vector of inputs variables (history of tools and measurements). We propose a systematic approach to evaluate the performance of different models regarding fitting, interpolation and extrapolation. Best results are obtained with random forests of decision trees.

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 mars 2024) / Au Québec, les chaussées en béton perdent rapidement leur adhérence au fil du temps. C'est pourquoi le ministère des Transports et de la mobilité durable du Québec souhaite identifier une ou des formulation(s) de béton qui résiste(nt) bien au phénomène d'usure et de perte d'adhérence prématurée. L'objectif de ce projet est de créer un protocole expérimental permettant de reproduire en laboratoire l'usure et la perte d'adhérence des chaussées en béton, et ce de façon fiable et relativement rapide. Un tel protocole permettra en effet d'évaluer la performance, face à l'usure, de différentes formulations de béton incorporant une variété de granulats grossier et fin, de même que différentes matrices cimentaires. Ce mémoire présente une revue des différents types de chaussées en béton utilisées au Québec ainsi que les différents moyens existants pour effectuer le suivi de leur adhérence au fil du temps. Ensuite, il décrit des interventions sur le terrain visant à mesurer, à l'aide d'appareils spécifiques, l'adhérence des routes en béton. Enfin, il présente le calibrage du *Three-Wheel Polishing Device* (TWPD) permettant de conditionner en laboratoire des dalles de béton. Ce processus de conditionnement s'accompagne de la mise en place de différents moyens de mesure, de l'usure et de l'adhérence, en passant par le frottement et le profil des dallettes. Finalement, le protocole développé dans le cadre de ce projet permet d'obtenir des écarts significatifs de macro-texture entre des dalles incorporant deux gros granulats de nature très différente, soit un granulat granitique et un granulat dolomitique. Il entraîne une profondeur d'usure de 2 mm, ce qui permet d'observer des différences visuelles entre les différentes formulations de béton. Ce protocole peut être réalisé par une personne, avec un rythme d'un mélange de béton par semaine. / In Quebec, concrete pavements quickly lose their grip over time. This is why the Quebec Ministry of Transport and Sustainable Mobility wants to identify a concrete mix that does not present problems with wear and premature loss of adhesion. The objective of this project is to create an experimental protocol allowing the wear and loss of grip of concrete pavements to be reproduced in the laboratory, reliably and relatively quickly. Such a protocol will indeed make it possible to evaluate the performance, in the face of wear, of different concrete formulations incorporating a variety of coarse and fine aggregates, as well as different cement matrices. This MSc dissertation presents a review of the different types of concrete pavements used in Quebec as well as the different existing means of measuring their adhesion. Then, it describes field interventions aimed at measuring, using specific devices, the skid resistance of concrete roads in the Montreal region. Finally, it presents the calibration of the Three-Wheel Polishing Device (TWPD) for conditioning concrete slabs in the laboratory. This conditioning process is accompanied by the implementation of different means of measurement, from wear and adhesion, to friction and the profile of the slabs. Finally, the protocol developed as part of this project makes it possible to obtain significant differences in macro-texture between slabs incorporating two large aggregates of very different nature, namely a granite aggregate and a dolomitic aggregate. It results in a wear depth of 2 mm, which allows visual differences to be observed between different concrete mixes. This protocol can be carried out by one person, with a rate of one concrete mixture per week.

Les alliages à base nickel sont utilisés dans les centrales nucléaires pour la fabrication des tubes générateurs de vapeur, parce qu'ils présentent une bonne résistance aux sollicitations mécaniques élevées dans un milieu corrosif à haute température. La résistance au milieu corrosif est attribuée à une couche protectrice très fine de Cr2O3 qui se forme à la surface de l'alliage. Les tubes générateurs de vapeur comptent parmi les composants les plus délicats à entretenir, d'une part, du fait de leur importance pour la sûreté et, d'autre part, parce que les tubes d'échange sont soumis à de nombreux mécanismes de dégradation à cause de conditions sévères de fonctionnement.. L'objectif de cette étude a été d'évaluer et de comparer le comportement en tribocorrosion de deux alliages modèles Ni - 15%Cr et Ni - 30%Cr. Ces alliages ont été utilisés pour mettre en évidence, évaluer et comparer l'influence de la teneur en chrome sur la formation de la couche d'oxyde superficielle et le rôle de cette dernière sur les mécanismes et cinétiques d'usure par tribocorrosion. L'étude de la tribocorrosion a été effectuée à l'aide d'un tribomètre pion - disque par application d'un frottement unidirectionnel, en régime continu et intermittent en milieu aqueux boré - lithié à la température ambiante. La dégradation de la couche protectrice formée à la surface des deux alliages a été suivie en mettant en œuvre un protocole expérimental en trois étapes. Dans la première étape du protocole, le suivi de l'évolution du potentiel libre et l'enregistrement des diagrammes d'impédance électrochimique ont été utilisés pour analyser le comportement électrochimique des deux alliages en absence de frottement. Lors de la deuxième étape, les mêmes techniques électrochimiques ont été employées en présence d'un frottement continu et pour différentes pressions de contact. Durant l'étape trois du protocole, des essais de tribocorrosion en régime de frottement intermittent ont été réalisés pour mettre en évidence la capacité d'auto cicatrisation de la surface des deux alliages modèles. Pour les deux alliages Ni - Cr, les essais de tribocorrosion ont mis en évidence une augmentation de l'usure totale avec la pression de contact appliquée. Quel que soit la force normale appliquée, la principale composante de l'usure totale est l'usure mécanique du substrat mis à nu. L'usure purement corrosive du substrat diminue avec l'augmentation de la teneur en chrome. Du point de vue qualitatif, le principal mécanisme d'usure identifié a été l'usure abrasive par micro - labourage. Dans cette étude a été effectuée une étude de l'usure d'alliages modèles Ni - Cr, dans les conditions de tribocorosion, ainsi que une analyse du mécanisme et la cinétique d'usure. Le comportement de la couche superficielle d'oxyde de chrome et son effet sur la résistance à la tribocorrosion ont été évalués. Ces résultats peuvent servir de base à la compréhension de l'origine des problèmes qui peuvent apparaître pendant la vie d'un alliage inoxydable à base nickel soumis à des efforts mécaniques en milieu agressifs et permettre une sélection plus pertinente des matériaux métalliques pour diverses applications industrielles, particulièrement dans le domaine nucléaire.

Les alliages à base nickel sont utilisés dans les centrales nucléaires pour la fabrication des tubes générateurs de vapeur, parce qu’ils présentent une bonne résistance aux sollicitations mécaniques élevées dans un milieu corrosif à haute température. La résistance au milieu corrosif est attribuée à une couche protectrice très fine de Cr2O3 qui se forme à la surface de l’alliage. Les tubes générateurs de vapeur comptent parmi les composants les plus délicats à entretenir, d’une part, du fait de leur importance pour la sûreté et, d’autre part, parce que les tubes d’échange sont soumis à de nombreux mécanismes de dégradation à cause de conditions sévères de fonctionnement.. L’objectif de cette étude a été d’évaluer et de comparer le comportement en tribocorrosion de deux alliages modèles Ni – 15%Cr et Ni – 30%Cr. Ces alliages ont été utilisés pour mettre en évidence, évaluer et comparer l’influence de la teneur en chrome sur la formation de la couche d'oxyde superficielle et le rôle de cette dernière sur les mécanismes et cinétiques d'usure par tribocorrosion. L’étude de la tribocorrosion a été effectuée à l’aide d’un tribomètre pion – disque par application d’un frottement unidirectionnel, en régime continu et intermittent en milieu aqueux boré – lithié à la température ambiante. La dégradation de la couche protectrice formée à la surface des deux alliages a été suivie en mettant en œuvre un protocole expérimental en trois étapes. Dans la première étape du protocole, le suivi de l’évolution du potentiel libre et l’enregistrement des diagrammes d’impédance électrochimique ont été utilisés pour analyser le comportement électrochimique des deux alliages en absence de frottement. Lors de la deuxième étape, les mêmes techniques électrochimiques ont été employées en présence d’un frottement continu et pour différentes pressions de contact. Durant l’étape trois du protocole, des essais de tribocorrosion en régime de frottement intermittent ont été réalisés pour mettre en évidence la capacité d’auto cicatrisation de la surface des deux alliages modèles. Pour les deux alliages Ni - Cr, les essais de tribocorrosion ont mis en évidence une augmentation de l’usure totale avec la pression de contact appliquée. Quel que soit la force normale appliquée, la principale composante de l’usure totale est l’usure mécanique du substrat mis à nu. L’usure purement corrosive du substrat diminue avec l’augmentation de la teneur en chrome. Du point de vue qualitatif, le principal mécanisme d’usure identifié a été l’usure abrasive par micro - labourage. Dans cette étude a été effectuée une étude de l’usure d’alliages modèles Ni – Cr, dans les conditions de tribocorosion, ainsi que une analyse du mécanisme et la cinétique d’usure. Le comportement de la couche superficielle d’oxyde de chrome et son effet sur la résistance à la tribocorrosion ont été évalués. Ces résultats peuvent servir de base à la compréhension de l’origine des problèmes qui peuvent apparaître pendant la vie d’un alliage inoxydable à base nickel soumis à des efforts mécaniques en milieu agressifs et permettre une sélection plus pertinente des matériaux métalliques pour diverses applications industrielles, particulièrement dans le domaine nucléaire. / Some components of nuclear power plants, as steam generator tubes are made from Ni base alloys. These components are exposed to severe environment of high temperature and high pressure and submitted to contact mechanical stresses. These Ni – based alloys properties are determined by their ability to form on their surface an inner protective barrier film mainly composed of Cr2O3. The steam generator tubes are among the most difficult components to maintain, on the hand, because of their safety importance and secondly, the exchange tubes are subject to various degradation mechanisms, because of the harsh conditions of work. Wear by tribocorrosion is a physicochemical aging mechanism which occurs in the management of the nuclear power plants life time.Tribocorrosion is an irreversible process which involves mechanical and chemical / electrochemical interactions between surfaces in relative motion, in the presence of a corrosive environment. The goal of this study was to quantify in terms of quantity and quality the wear generated by tribocorrosion process on Ni – Cr model alloys. Two model alloys: Ni -15Cr and Ni -30Cr were used to highlight, evaluate and compare the influence of the chromium content on the formation of the protective oxide layer and the role played by the latter one on the kinetics and mechanisms of wear by tribocorrosion. The tribocorrosion experiments were performed by using a pin -on–disc tribometer under controlled electrochemical conditions in LiOH – H3BO3 solution. The corrosion – wear degradation of the protective layer during continuous and intermittent unidirectional sliding tests was investigated by a three-stage tribocorrosion protocol. In the first stage, electrochemical techniques (open circuit potential measurements and electrochemical impedance measurements) were used without applying unidirectional sliding to monitor and evaluate the characteristics of protective oxide layer formed on the surface of the two model alloys. In the second stage, the same electrochemical techniques were employed during the application of the unidirectional sliding test to evaluate the total material loss for different applied contact pressures. In the last stage of the experimental procedure the self healing process was investigated by intermittent unidirectional sliding tests.The total material loss after a tribocorrosion experiment, determined by profilometric measurements, is the sum of two components: the material loss due to corrosion of active material in the wear track, which can be calculated fro, the corrosion current values given by impedance measurements; applying Faraday’s law, and the material loss due to mechanical wear, the difference between total material loss and the material loss due to corrosive wear. Experiments proved that the total material loss increases with the increase of the contact pressure in both cases of Ni – Cr model alloys. The prevailing contribution in the total volumetric material loss is the material loss due to mechanical wear of active material in the sliding track. Nevertheless, the increase of the chromium content improves the resistance to the corrosive wear of active material in the sliding track. From qualitative viewpoint, a mechanism of abrasive wear by micro-ploughing was revealed in the sliding tracks.

Les pieds d'aubes de soufflantes de turboréacteurs font face à des sollicitations de type fretting. Il en résulte deux types d'endommagements: (i) l'amorçage et la propagation de fissures, (ii) l'usure des surfaces en contact. OBJECTIF: Afin de fournir les outils permettant de répondre à la problématique industrielle, une méthode semi-analytique permettant de traiter des problèmes de contacts élasto-plastiques revêtus et/ou hétérogènes est développé à partir d'éléments existants et de solutions analytiques et numériques novatrices. METHODE: La structure est simplifiée en supposant un contact entre deux massifs élastiques semi-infinis. Des solutions analytiques donnant pour: + les contributions élémentaires de chargements normaux et tangentiels constants sur une surface rectangulaire + les contributions élémentaires de déformations plastiques supposées constantes sur un volume parallélépipédique + les contributions élémentaires de déformations d'incompatibilité liées à un problème hétérogène (inclusions, revêtements, endommagement,...) supposées constantes sur un volume parallélépipédique. >> les déplacements en surface ou les contraintes dans le volume. Les déplacements en surface ou les contraintes dans le volume sont alors exprimés en utilisant des produits de convolution discrets entre des coefficients d'influence et la source surfacique (chargements en surface) ou volumique (déformations plastiques ou d'incompatibilité). Le problème normal et le problème tangentiel en glissement total ou en glissement partiel peuvent alors être résolus, en prenant en compte les effets plastiques et hétérogènes. L'algorithme d'optimisation sous contrainte utilisé (contact elastique) est celui développé par L.Gallego tandis que la base du solver plastique utilisé a été développé par C. Jacq (contact elasto-plastique sans frottement) RESULTATS: De nouvelles solutions analytiques sont obtenues pour le calcul des déplacements résiduels tangentiels.

Les alliages utilisés dans les turbines hydroélectriques sont soumis à des fluides corrosifs et érosifs et nécessitent un entretien. Récurrent la réparation et la restauration par soudage de pièces endommagées prennent beaucoup de temps et sont inefficaces, car elles nécessitent un traitement thermique et un usinage supplémentaires pour restaurer les propriétés et atteindre les dimensions d'origine. Cependant, l'application de revêtements de protection résistant à l'usure pourrait être une approche appropriée pour améliorer la durabilité et la performance des composants de la turbine. De plus, les revêtements eux-mêmes pourraient être utilisés pour la réparation et restauration de composant qui ont été usés. Cette étude porte sur l'utilisation de revêtements d'aluminure de fer renforcées avec du TiC et la caractérisation de sa résistance à l’usure. La première partie de cette recherche avait pour but de développer un procédé de synthèse de poudre composite à matrice de Fe₃Al renforcée par des particules de TiC employant la synthèse par combustion. La synthèse par combustion est ressortie comme une méthode économique et rentable pour la synthèse de matériaux composites à base d’intermétalliques. Les effets de la taille des particules des poudres de départ et du temps de pré-broyage des précurseurs sur la microstructure de la poudre finale ont été étudiés. Les poudres composites synthétisées ont été caractérisées par diffraction des rayons X (XRD) et par microscopie électronique à balayage (MEB) équipées d’un spectromètre rayons X à dispersion d’énergie (EDS). La composition chimique de la poudre ciblée, la microstructure et la distribution spatiale optimale des particules de TiC ont été obtenues en utilisant un temps de pré-broyage de 30 min et une température du four de 1100 °C. Les poudres synthétisées dans cette condition contenaient uniquement des phases Fe₃Al et TiC. À l'étape suivante, les poudres de Fe₃Al contenant diverses fractions volumiques de particules de TiC renforçant la matrice ont été déposées sur un substrat en acier doux en utilisant la technique de projection thermique à haute vitesse (HVOF). La résistance à l'usure des revêtements par glissement à sec (pin-on-disc) a été caractérisée en utilisant une contre face en Al₂O₃ ayant un diamètre de 6.33 mm. Tous les essais d'usure par glissement ont été effectués à température ambiante avec des vitesses de glissement allant de 0.04 m/s à 0.8 m/s. Il a été constaté qu'une augmentation de la teneur en TiC de 30% molaire à 50% molaire augmente la résistance à l'usure de 11% et 75% pour des vitesses de glissement de 0.1 m/s et 0.8 m/s respectivement. / En outre, une augmentation supplémentaire de la teneur en TiC jusqu'à 70% molaire a fourni des revêtements avec des taux d'usure d'un ordre de grandeur inférieurs à ceux mesurés pour les revêtements Fe₃Al-50% TiC molaire. Il a également été constaté que le taux d'usure augmente en augmentant la vitesse de glissement jusqu'à atteindre un point maximum puis diminue en augmentant encore la vitesse de glissement. Plus précisément, le taux d'usure maximale de chaque série de revêtements s'est déplacé vers des vitesses plus basses en augmentant la teneur en TiC. Les mécanismes d'usure dominants pour de tels revêtements et conditions d'essai ont été identifiés comme étant l'usure par abrasion, l'usure par adhésion, l'usure par fatigue et l'oxydation. Les résultats ont montré que, lors de l'utilisation de poudres de matières premières produites par synthèse de combustion, les revêtements HVOF présentaient une résistance à l'usure environ 1.5 à 20 fois plus élevée que les revêtements avec une composition identique produit par broyage haute énergie. La troisième partie de cette recherche portait sur la comparaison du comportement en usure par glissement des revêtements d'aluminure de fer avec des particules de TiC in-situ et exsitu. Les poudres de charge utilisées pour le revêtement par HVOF ont été préparées en employant un procédé mécanosynthèse. Il a été constaté que l'introduction de 10 % en volume de TiC synthétisé in situ pourrait être bénéfique pour améliorer la résistance à l'usure des revêtements. Cependant, une teneur plus élevée en TiC in-situ a diminué la résistance à l'usure des revêtements. Le mécanisme d'usure dominant était la délamination et l'usure par oxydation. / It was also found that the wear rate increases by increasing the sliding speed until it reaches a maximum point and drops by further augmentation of the sliding speed. More specifically, the maximum wear rate of each series of coatings shifted to lower speeds with increasing TiC content. The dominant wear mechanisms for such coatings and test conditions were identified to be abrasive wear, adhesive wear, fatigue wear and oxidation. Results showed that, when using feedstock powders produced by combustion synthesis, HVOF coatings exhibited about 1.5 to 20 times higher wear resistance compared to the feedstock with identical composition produced by high-energy ball milling. The third part of this research was concerned with comparing the sliding wear behaviour of iron aluminide coatings with in-situ and ex-situ TiC particles. The feedstock powders used for HVOF was prepared by employing mechanical alloying process. It was found that introducing 10 vol. % of in-situ synthesized TiC could be beneficial in improving the wear resistance of coatings. However, higher content of in-situ TiC decreased the wear resistance of coatings. The dominant wear mechanism was found to be delamination and oxidative wear. / Alloys used to manufacture hydroelectric turbines are subjected to corrosive and erosive media and require recurrent maintenance. Repair and restoration of damaged parts by welding are highly time-consuming and cost-ineffective since it needs further heat treatment and machining to restore the properties and achieve the original dimensions. However, applying a protective and wear resistant coating could be a suitable approach to improve the durability and performance of turbine components. Moreover, coatings could be used to repair and restore worn components. This study focuses on the use of TiC-reinforced iron aluminide coatings and the characterization of its wear resistance. The first part of this research was undertaken to develop a process to synthesize Fe₃Al matrix composite powder reinforced with TiC particles employing combustion synthesis. Combustion synthesis has emerged as energy and cost-effective method for synthesis of metal-based composite materials. The effects of particle size on starting powders and premilling time of precursors on the final powder microstructure were studied. The synthesized composite powders were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS). The targeted powder chemistry, microstructure and optimum spatial distribution of TiC particles were obtained using a pre-milling time of 30 min and a furnace temperature of 1100 °C. Powders synthesized in this condition contained only Fe3Al and TiC phases. At the next step, the Fe₃Al powders containing various volume fractions of reinforcing TiC particles were deposited on a mild steel substrate using the high-velocity oxy-fuel (HVOF) technique. Dry-sliding wear resistance (pin-on-disk) of the coatings was characterized using an Al₂O₃ counterface having a diameter of 6.33 mm. All the sliding wear tests were conducted at room temperature with sliding speeds ranging from 0.04 m/s to 0.8 m/s. It was found that an increase in the TiC content from 30 mol % to 50 mol % increases wear resistance by 11% and 75% for sliding speeds of 0.1 m/s and 0.8 m/s, respectively. Moreover, further increase in TiC content to 70 mol % provided coatings with wear rates one order of magnitude lower than those measured for Fe₃Al-50 mol % TiC coatings.

Le contrôle de l’usure des couteaux de découpe est un grand défi dans l’industrie de la première transformation du bois. En contrôlant le niveau d’usure, les coûts de maintenance sont diminués et une meilleure qualité des produits est obtenue. Les mécanismes d’usure des outils de coupe dans un environnement industriel de transformation du bois sont particulièrement complexes. Dans le présent projet, une caractérisation des principaux mécanismes d’usure a été faite afin de comprendre les conditions de travail en première transformation du bois. Fort de ces résultats, une analyse du choix des matériaux ainsi que différentes conditions de traitement thermique ont été faites afin d‘optimiser la durée de vie des outils de coupe. Trois différents aciers à outil ont ainsi été choisis. Les traitements thermiques ont été effectués selon neuf conditions différentes par acier. Les essais de dureté, d’impact et d’usure par abrasion avec sable (DSRW) selon la norme ASTM G65 ont été effectués. La dernière partie de projet a été axée sur la caractérisation des performances en usure de revêtements céramiques obtenus par la méthode de dépôt physique par phase vapeur (PVD) appropriés pour les conditions d’utilisation retrouvées dans la première transformation du bois. Les essais ont été réalisés sur les échantillons préalablement traités thermiquement selon les conditions optimales déterminées. Six revêtements différents ont été choisis pour faire face aux conditions pour lesquelles la résistance à l’abrasion et aux impacts périodiques sont importantes. Un appareil d’essai de fatigue par impact a été fabriqué pour évaluer la résistance des revêtements aux chocs périodiques sur la surface. De plus, des essais de micro-dureté et de l’usure par abrasion avec sable ont été faits. Afin d’évaluer la condition de la surface après chaque essai, l’analyse d’image par microscopie électronique à balayage (MEB) a été faite. Deux mécanismes dominants qui étaient observés sont la micro abrasion et l’écaillage de l’arête. La micro abrasion sur les surfaces de coupe et de dégagement est différente où il y a un grand écart en grosseur des traces d’abrasion. La résistance optimale pour l’usure par abrasion et impact a été obtenue avec l’acier AISI H13 trempé à 1040°C suivi par un double revenu à 580°C. Le revêtement d’AlCrTiN a été le meilleur pour améliorer la résistance de l’acier AISI A8 à l’usure par abrasion et fatigue d’impact. Pour les aciers AISI S1 et AISI H13, le revêtement de TiAlCrN a fourni la résistance optimale en terme de résistance à l’abrasion qui est la première cause d’usure des outils de coupe utilisés dans le procédé d’équarrissage-fragmentation. / Controlling cutting knife wear is a big challenge in industry of primary transformation of wood. By controlling the knife wear, maintenance cost will be reduced and higher quality of products will be achieved. Wear conditions in the wood transformation industry is very intricate. In this project, wear study was performed in order to understand the work condition in primary transformation of wood. Microscopic analysis was conducted to investigate wear mechanisms on the edge of knives. Wear properties on both rake face and clearance face were studied. Material selection and heat treatment practices were done in the second part of the project in order to optimize the tool life. Three steels from different tool steel categories were selected. Heat treatment tests were carried in nine different conditions per steel. Hardness, impact and dry-sand-rubber-abrasion-wear according to ASTM G65 standard (DSRW) tests were applied for evaluating the samples. Last part of this project was about evaluating of industrial coatings by physical vapour deposition (PVD) method for the working condition in primary transformation of wood. Tests were done on optimized samples from heat treatment study. Six different coatings were selected in order to perform high resistance to conditions where both abrasion and periodic impact are present. Impact Fatigue test machine was fabricated in order to evaluate the resistance of coatings to working conditions of periodic shock on the surface. Micro-hardness and DSRW test were done as well. In order to evaluate the surface change after each experiment, SEM imaging was done. The two dominant mechanisms that were observed are micro abrasion and edge chipping. The micro-abrasion patterns found on rake and clearance surfaces were dissimilar and there was a significant difference in size and shape of abrasion marks. The optimum resistance to abrasion wear and impact was achieved for AISI H13 tool steel quenched from 1040°C followed by double-tempering at 580°C. AlCrTiN coating was the best coating to improve the resistance of AISI A8 tool steel to both abrasive and impact fatigue wear. For both AISI S1 and AISI H13 steel, TiAlCrN coating has performed optimum resistance to abrasive working condition which is major cause of tool wear in chipper-cantering.

Le 32CrMoV13 nitruré est un matériau à gradient de propriétés utilisé pour la réalisation de bagues de roulements aéronautiques. Il présente l'avantage d'être dur en surface et ductile à cœur, facilitant ainsi la lutte contre les effets de la pollution des contacts par les lubrifiants. De plus, afin d'améliorer les performances des roulements, la tendance est à l'utilisation de céramique (nitrure de silicium Si3N4) pour les éléments roulants à la place de l'acier (M50). Ainsi, le travail de thèse proposé ici est l'étude du comportement en fatigue de contact en présence d'indentations pour deux couples de matériaux (32CrMoV13 nitruré / M50 et 32CrMoV13 nitruré / Si3N4). Ce comportement est principalement orienté en terme de durée de vie du contact indenté par l'intermédiaire d'un critère d'amorçage de fissures. Une étude des propriétés mécaniques du 32CrMoV13 nitruré, nécessaires à l'application du critère, a été réalisée. La loi d'écrouissage et l'ouverture micro-plastique cyclique de la couche nitrurée du 32CrMoV13 nitruré ont été identifiées. Puis, par l'intermédiaire de défauts géométrique de type trous cylindriques, les propriétés d'amorçage de fissures ont été étudiées lors d'essais de compression uniaxiale. Le comportement en fatigue de contact en présence d'indentations a été étudié sur machine bi-disques. Ces essais ont permis de caractériser la différence de comportement du 32CrMoV13 nitruré, et indenté, dans un contact acier / acier et acier / céramique. L'effet du glissement a notamment été mis en évidence. Ces études expérimentales ont été couplées avec des simulations numériques afin d'étalonner le modèle physique d'amorçage de fissures et d'en valider sa bonne représentativité. En conclusion un modèle de prédiction de durée de vie en fatigue de roulement a été proposé. Il est particulièrement adapté aux cas où des contraintes résiduelles sont présentes, par exemple suite à l'indentation des surfaces. Le modèle s'appuie sur la caractérisation mécanique des couches traitées thermo-chimiquement de l'acier 32CrMoV13 nitruré.

Le 32CrMoV13 nitruré est un matériau à gradient de propriétés utilisé pour la réalisation de bagues de roulements aéronautiques. Il présente l’avantage d’être dur en surface et ductile à cœur, facilitant ainsi la lutte contre les effets de la pollution des contacts par les lubrifiants. De plus, afin d’améliorer les performances des roulements, la tendance est à l’utilisation de céramique (nitrure de silicium Si3N4) pour les éléments roulants à la place de l’acier (M50). Ainsi, le travail de thèse proposé ici est l’étude du comportement en fatigue de contact en présence d’indentations pour deux couples de matériaux (32CrMoV13 nitruré / M50 et 32CrMoV13 nitruré / Si3N4). Ce comportement est principalement orienté en terme de durée de vie du contact indenté par l’intermédiaire d’un critère d’amorçage de fissures. Une étude des propriétés mécaniques du 32CrMoV13 nitruré, nécessaires à l’application du critère, a été réalisée. La loi d’écrouissage et l’ouverture micro-plastique cyclique de la couche nitrurée du 32CrMoV13 nitruré ont été identifiées. Puis, par l’intermédiaire de défauts géométrique de type trous cylindriques, les propriétés d’amorçage de fissures ont été étudiées lors d’essais de compression uniaxiale. Le comportement en fatigue de contact en présence d’indentations a été étudié sur machine bi-disques. Ces essais ont permis de caractériser la différence de comportement du 32CrMoV13 nitruré, et indenté, dans un contact acier / acier et acier / céramique. L’effet du glissement a notamment été mis en évidence. Ces études expérimentales ont été couplées avec des simulations numériques afin d’étalonner le modèle physique d’amorçage de fissures et d’en valider sa bonne représentativité. En conclusion un modèle de prédiction de durée de vie en fatigue de roulement a été proposé. Il est particulièrement adapté aux cas où des contraintes résiduelles sont présentes, par exemple suite à l’indentation des surfaces. Le modèle s’appuie sur la caractérisation mécanique des couches traitées thermo-chimiquement de l’acier 32CrMoV13 nitruré. / The nitrided 32CrMoV13 steel is a gradient properties material used for the production of aeronautical bearing rings. The principal advantages are its surface hardness and core ductility, useful against debris denting. Moreover, to improve rolling bearing performances, ceramic balls (silicon nitride Si3N4) instead of steel (M50). The present study aims to investigate the contact fatigue performance in presence of indentation for two pairs of materials (nitrided 32CrMoV13 steel / M50 and nitrided 32CrMoV13 steel / Si3N4). This performance is mainly oriented in terms of lifetime of the indented contact by a crack initiation criterion. A study of the mechanicals properties of the nitrided 32CrMoV13 steel, required for the application of the criterion, is then performed. It allows to characterize the hardening law and the cyclic micro-plastic behavior of the nitrided layer of the nitrided 32CrMoV13 steel. Crack initiation properties of the nitrided surface layer have been evaluated by compression tests on thin hollow cylindrical specimens with small cylindrical holes. The contact fatigue behavior in presence of indentations was studied on a high-speed twin-disks machine. These tests allowed to characterize the difference in behavior of nitrided 32CrMoV13 steel (indented) in a steel-to-steel contact or steel-to-ceramic contact. The major effect of sliding has been highlighted. All these experimental studies were coupled with numerical simulations to calibrate the physical model of crack initiation and to show its capabilities. In conclusion a new model of rolling contact fatigue life has been proposed. It is specifically adapted to operation in presence of residual stresses such as resulting from debris denting. The model uses mechanical properties that have been identified for thermo-chemically treated layers of nitrided 32CrMoV13 steel.

Les systèmes de transmission par engrenages sont largement utilisés pour transmettre de la puissance et adapter les vitesses de rotation entre organes moteurs et récepteurs. Dans ce contexte, les engrenages sont fréquemment les organes parmi les plus sensibles de la chaîne cinématique et peuvent être soumis à un grand nombre d'avaries (fatigue de contact, fatigue de flexion, usure...etc.) apparaissant lors du fonctionnement et dont les causes sont multiples. L'objectif de ce travail est, d'une part, de simuler l'usure abrasive et la fatigue de contact conduisant à de l'écaillage (pitting) et, d'autre part, d'analyser les interactions entre ces avaries et le comportement statique et dynamique de transmission par engrenages. A cette fin, un modèle dynamique tridimensionnel d'engrenages de fortes largeurs est couplé à des modèles d'usure et d'avaries de contact. L'usure est simulée en s'appuyant sur le modèle d'Archard modifié afin de tenir compte de l'influence du régime de lubrification. Les usures obtenues après un certain nombre de cycles de chargement sont considérées comme des écarts initiaux additionnels par rapport à la géométrie idéale du flanc de denture. Les phénomènes de fatigue de contact par pitting sont analysés en deux étapes; a) une période d'initiation de fissure simulée en s'appuyant sur plusieurs critères de fatigue multiaxiaux et b) une phase de propagation de fissure traitée par la mécanique linéaire élastique de la rupture. Les sollicitations dynamiques fournies par le modèle dynamique d'engrenages sont utilisées comme données d'entrée pour la simulation des périodes d'initiation puis de propagation. Un grand nombre d'exemples d'application sont présentés et les interactions entre comportement dynamique, usure et fatigue sur des engrenages cylindriques sont analysées.