Qu’est-ce que le grenaillage de précontrainte ?

Le grenaillage de précontrainte est un procédé spécifiquement conçu pour augmenter la résistance à la fatigue des composants qui sont soumis à des contraintes alternées importantes.

Les procédés de traitement de surfaces tels que le meulage, le fraisage, le cintrage ou le traitement thermique provoquent des contraintes résiduelles de traction. Ces contraintes résiduelles de traction donnent lieu à une réduction des cycles de vie utile des pièces.

Le grenaillage de précontrainte transforme les contraintes résiduelles de traction en contraintes résiduelles de compression, ce qui augmente de façon significative le cycle de vie utile des pièces ainsi que leurs capacités maximums de charge.

  • Le grenaillage de précontrainte est employé pour provoquer un effort de compression résiduel sur la surface des composants soumis à des charges répétitives et cycliques. Le processus diminue aussi les fissurations par corrosion.

  • La formage : ce processus comprime et étend la couche superficielle du composant faisant qu'il se courbe. Les applications types incluent la formage de revêtements d’ailes, de volets de courbure, de panneaux d'accès et des parties de fuselage.

  • Correction de la distorsion : (l'inverse du formage) Le grenaillage de précontrainte sert à étendre et à comprimer une partie localisée pour accomplir un plat parfait une fois qu'une partie a été déformée par la chaleur ou l'usinage. Les parties structurelles complexes, les nervures et longerons subissent généralement ce processus.

Principes du grenaillage de précontrainte

Qu’est-ce que le grenaillage de précontrainte ?

Le grenaillage de précontrainte (ou shot-peening) est un procédé à froid qui consiste à introduire des contraintes résiduelles de compression et modifier les propriétés mécaniques d’un métal. Il consiste à impacter une surface avec de la grenaille (ronde métallique, verre ou céramique) afin de créer une déformation plastique.

Grenailler une pièce crée une plastification, causant des changements dans les propriétés mécaniques de la surface.

L'avantage principal du grenaillage de précontrainte est de retarder le départ des fissures des pièces fortement sollicitées. Le grenaillage permet de diminuer les effets négatifs de l'usinage et des tensions subies en service permettant ainsi d'augmenter la durée de vie de la pièce..

Le procédé consiste à introduire des contraintes résiduelles de compression sur la surface du composant diminuant ainis la propagation des fissures.

Les contraintes résiduelles de compression sont générées lors de l’impact de chaque particule de grenaille sur le composant produisant une empreinte. Les multiples impacts répartis sur la surface permettent d'obtenir homogénéité de contraintes résiduelles.

Les bénéfices du procédé ont fait leurs preuves, tant pour des composants utilisés dans un environnement hautement sollicité mais avec une durée de vie courte, comme en Formule 1, que pour des pièces critiques avec une durée de vie plus longue et très sollicitées, telles que des moteurs et structures aéronautiques par exemple.

Contrôler le procédé

La valeur de la contrainte résiduelle dépend d’un certain nombre de variables, comme les paramètres process de grenaillage et la dureté de la matière du composant. Le procédé étant utilisé pour améliorer la performance de pièces critiques de sécurité, il est important de s’assurer que le niveau de contrainte souhaité est bien atteint et est répétable.

La vérification du procédé est obtenue par l’utilisation d’un système qui mesure l’énergie transférée à la pièce. C'est le principe de la flèche Almen. L'éprouvette Almen, fabriquée en acier à ressort avec des tolérances de dureté et de planéité, est bridée et grenaillée sur une seule face. .

L’effet induit par les contraintes résiduelles de compression se traduit, après libération du support, par une courbure. La courbure est proportionnelle à l’énergie apportée par la grenaille et est mesurée par un comparateur Almen. Cette hauteur d'arc, appelée flêche Almen, varie en fonction de la vitesse et de la masse de la grenaille, c’est-à-dire la quantité d’énergie apportée par le jet de grenaille et absorbée par la flèche. On estime que la saturation du composant est atteinte quand lorsque la durée d’exposition au grenaillage est doublée, la flêche Almen augmente de 10%. Ce contrôle de procédé est présenté sur un graphique..