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L’influence de l’électroérosion et du micro-grenaillage sur les propriétés de surface de l’Inconel 718

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Gartside, Philippe (2021). L’influence de l’électroérosion et du micro-grenaillage sur les propriétés de surface de l’Inconel 718. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’Inconel 718 est un superalliage utilisé pour les pièces soumises à de la fatigue à température élevée. Cependant, la fabrication de pièces en Inconel 718 peut s’avérer difficile en raison de sa résistance mécanique pouvant augmenter l’usure des outils. Pour ce faire, l’électroérosion est un procédé de plus en plus utilisé pour fabriquer des pièces comme c’est un procédé où il n’y a pas de contact entre l’outil (le fil) et la pièce. Afin d’augmenter les propriétés en fatigue, le grenaillage est souvent utilisé pour induire des contraintes résiduelles en compression au détriment du fini de surface. Le micro-grenaillage est une modification au grenaillage standard où il y a une réduction du diamètre des billes. Ceci a comme objectif d’induire des contraintes résiduelles en compression tout en gardant un bon fini de surface.

Cette recherche a comme objectif de documenter l’effet du micro-grenaillage et de l’électroérosion sur les propriétés de surface de l’Inconel 718. Le micro-grenaillage a été effectué de deux façons. La première façon est en milieu industriel et le procédé a été effectué sur des échantillons extraits par électroérosion. Le micro-grenaillage a été fait avec un média d’une dimension allant de 150 μm à 300 μm. Les contraintes résiduelles en surface sont d’environ -950 MPa et la rugosité des échantillons a été améliorée par rapport aux finis électroérodés. Pour la deuxième façon, le micro-grenaillage a été effectué en laboratoire sur des échantillons polis avec comme objectif d’évaluer l’effet de la pression et de la hauteur de la buse sur les contraintes résiduelles et la rugosité. L’augmentation de la pression de grenaillage engendre une augmentation des contraintes résiduelles, de la rugosité et de la profondeur du profil de contraintes résiduelles. L’augmentation de la hauteur de la buse ne semble pas avoir une influence sur les contraintes résiduelles en surface ou sur la profondeur du profil. Cependant, l’augmentation de la hauteur de la buse engendre une réduction de la rugosité.

En parallèle à l’étude du grenaillage, trois finis de surface ont été évalués pour les échantillons extraits par électroérosion, soit un fini d’ébauche et deux de finitions. L’amélioration du fini de surface permet d’augmenter les performances en fatigue du matériau. Les tailles de grain ont aussi été évaluées et trois catégories d’échantillons ont été considérées: soit un grain fin de 10 à 15 μm, un grain intermédiaire de 15 à 25 μm et un gros grain de 25 à 30 μm. Il était difficile de définir l’effet de la taille de grain sur la durée de vie en fatigue, principalement pour les échantillons avec une finition d’ébauche.

Titre traduit

Effect of wire EDM and Fine particle shot peening on surface properties of Inconel 718

Résumé traduit

Inconel 718 is a nickel-based superalloy used for the manufacturing of parts subjected to fatigue at high temperature. The machining process of Inconel 718 can be a challenge with the high mechanical strength of the material and tool wear. The use of the wire EDM process allow to extract a sample without contact between the tool and the material. To enhance fatigue properties, shot peening is widely used to induce a layer of compressive residual stress even though most of the time it is at the expense of the surface finish. Fine particle shot peening is a modification of standard shot peening where the shot diameter is smaller. The goal of this modification is to keep the compressive stress layer while keeping or improving the roughness of the surface.

The goal of this research is to document the effect of fine particle shot peening and wire EDM on the surface properties of Inconel 718. The first test was done with fine particle shot peening to evaluate different shot peening media. Shot peening was done on wire EDM samples using shot diameter of 150 μm, 200 μm and 300 μm. The shot peening process reduced surface roughness and induced compressive residual stress of approximately -950 MPa depending on the shot diameter and the shot material. The second test was done to evaluate the effect of the shot peening pressure and the nozzle height on surface properties. The pressure varied from 0,05 MPa to 0,30 MPa and the nozzle height varied from 25 mm to 125 mm. With higher shot peening pressure, there is an increase in roughness and residual stress on the surface and in depth. With a higher nozzle height, there is a decrease in roughness, without affecting residual stress on the surface or in depth.

In addition, three surface finishes obtained by wire EDM were studied, one rough and two of finition. The samples with lower roughness have a higher fatigue performance. Grain size was also studied and divided in three categories: fine grain of 10-15 μm, intermediate grain of 15- 25 μm and coarse grain of 25-30 μm. The effect of grain size on the fatigue properties was also studied. It is difficult to evaluate the effect of grain size on the fatigue properties since the surface finish has the biggest influence.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielleà l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie aérospatial". Comprend des références bibliographiques (pages 74-80).
Mots-clés libres: contraintes résiduelles, micro-grenaillage, électroérosion, fatigue, rugosité
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bocher, Philippe
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 10 janv. 2022 19:43
Dernière modification: 11 janv. 2022 16:38
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2825

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