Dissertations / Theses on the topic 'Acier à roulement'

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

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.

L'application industrielle (non développée pour des raisons de confidentialité) concerne un assemblage céramique/acier. Cette thèse s’inscrit dans un programme Européen et vise à développer un assemblage industriel fiable entre des substrats céramique et acier par le biais d’un adhésif structural. L’assemblage doit assurer une transmission des efforts sur une large gamme de température et malgré un environnement sévère. La méthodologie de travail a consisté à définir l’impact des paramètres des formulations d’adhésifs sur les propriétés initiales et la durabilité des assemblages. L’étude des paramètres que sont les motifs chimiques de la résine époxy, la nature du durcisseur et la présence de charges a permis de sélectionner les formulations à base de DGEBA (diglycidylether du bisphénol A) et Novolaque seules ou mélangées. La détermination de leurs propriétés a mis en évidence des comportements différents en termes de transition vitreuse, de temps de réticulation, de viscosité et d’adhérence. Les systèmes montrent des modifications chimiques irréversibles communes (IRTF) mais des comportements physiques différents (analyse thermomécanique, MEB, flexion, calorimétrie) ainsi que des modes de sorption différents (gravimétrie, TGA) en vieillissement. Les tests d’adhérence (couronne et flexion trois points) développés afin de caractériser la tenue des interfaces montrent une durabilité supérieure des systèmes mixtes en comparaison à la formulation DGEBA. Une étude par CND montre la conservation de l’intégrité de l’assemblage céramique/adhésif/acier en présence de facteurs à risque que sont les contraintes résiduelles, le vieillissement hygrothermique et le choc thermique
The industrial application (under a confidential clause) concerns a ceramic/steel assembly. This PhD research take part in a European programme and is concerned with providing a reliable industrial bonding between ceramic and steel using structural adhesive.This assembly should ensure the total transmission of the efforts on a broad range of temperatures and in a hard life requirements. The methodology consists in the definition of formulations parameters impact on the initial properties and the durability of the assemblies. The study of the parameters which are the macromolecular chain of the epoxy resin, the nature of the hardener and filler addition have lead to the selection of formulations containing DGEBA (diglycidylether of the bisphenol A) and Novolaque alone or melted. The determination of their properties highlights different behaviors in terms of glassy transition temperature, curing process, viscosity and adherence. The characterization of the formulations during hydrothermal ageing shows common non reversible chemical modifications (IRTF) but different physical behaviors (thermomechanical analysis, SEM, flexion, calorimetry) and water sorption modes (Gravimetry, TGA). The adherence tests (crown test and three point flexure test) developed in order to characterize the interfaces behavior show higher durability of the melted systems comparing to the DGEBA formulation. A non destructive test study highlights the conservation ceramic/adhesive /steel assembly’s integrity submitted to harmful conditions as residual stresses, hydrothermal ageing and thermal shock

Cette etude presente sous un double aspect: mecanique et metallurgique, une analyse de l'influence de la microstructure et des contraintes internes sur la resistance a l'endommagement par fatigue des roulements. Ces organes de guidage sont soumis, en service, a un systeme de sollicitations complexe qui permet difficilement de connaitre l'influence sur la degradation du materiau, des parametres propres au contact. Dans le domaine cryotechnique, le fonctionnement en serie limitee n'autorise pas une etude statistique classique. Une approche par calcul sur la structure et une experimentation sur contacts elementaires a donc ete retenue. Notre recherche s'est orientee vers l'etude de deux contacts: bille/plan et bille/bague. Le comportement en fatigue et de l'evolution microstructurale de l'acier ont ete etudies sur vibrophore amsler a partir d'une sollicitation sous efforts ondules de compression, a temperature ambiante et cryotechnique. Les resultats experimentaux ont permis de valider un modele de calcul par elements finis utilisant une loi de comportement elastoplastique du materiau avec un ecrouissage cinematique lineaire. La confrontation des deformees experimentales et theoriques a permis d'affiner les caracteristiques mecaniques du materiau: limite d'elasticite et coefficient d'ecrouissage. Ainsi, le calcul elastoplastique rend compte de l'evolution des contraintes residuelles au sein de la structure; l'estimation de la duree de vie est realisee a partir de la definition des constantes d'un critere de fatigue triaxial: critere de crossland.

Nous avons étudié les profils de propriétés microstructurales et mécaniques des aciers 16NiCrMo13 cémenté et 32CrMoV13 nitrure. L'acier cémenté présente une structure martensitique, alors que le matériau nitrure est à l'état ferritique durci par de très fins précipités dont les propriétés ont été étudiées au MET. Pour déterminer le profil de propriétés microplastiques, nous avons développé, à l'aide de simulation par éléments finis, une méthode originale d'identification de la loi d'écrouissage basée sur des essais de nano-indentation. L'étude de l'endommagement en fatigue de roulement en conditions élasto-hydrodynamiques, montre que celui-ci se développe au voisinage des carbures apparaissant au cours de la cémentation dans le 16NiCrMoV13 nitrure, l'endommagement n'apparaît que pour des pressions de contact très élevées. Il débute au sein de la zone la plus sollicitée en sous-couche, qui subit une évolution microstructurale en cours de fatigue. Enfin, nous avons calculé la borne inférieure de la limite d'endurance de ces matériaux, à partir des mécanismes d'endommagement observés. Cette détermination est basée sur la comparaison entre le profil de la scission de friction, contrôlant le mouvement des dislocations, et le profil de la cission de Tresca locale résultant de la pression de contact calculée en prenant en compte, dans le cas des aciers cémentés, la présence de carbures
The microstructural and mechanical properties profiles of 16NICR. MOl3 carburized and 32CrMoV13 nitrided steels have been studied. The carburised steel exhibits a martensitic structure whereas the nitrided steel is ferritic and hardened by thin precipitates which properties have been studied by T. E. M. . To characterise microplasticity properties profiles, we have developed, by means of finite elements calculations, an original method to identify the work hardening law from nano-indentation tests. A study of rolling contact fatigue behaviour of these steels, under elasto-hydrodynamic conditions, shows that, for the carburised steel, damage starts from carbides formed during the carburizing process. For the nitrided steel, damage has only been observed for very high contact pressures. It devewps within the most stressed area under the surface, which undergoes a microstructural evolution during fatigue. Finally, we have calculated a wwer bound of the fatigue limit of these materials from damage mechanisms that have been observed. These calculations are based on the comparison between the friction limit profiles, controlling dislocations movements, and the Tresca shear stress profile resulting from contact pressure and taking into account the carbides influence in the case of carburised steels

Ce travail constitue l'un des éléments d'un projet global qui vise à définir une nouvelle méthode de calcul de la durée de vie des roulements. Il porte sur l'étude des mécanismes d'endommagement d'aciers à roulement, sollicites en fatigue, avec des conditions reproduisant celles de la lubrification polluée, et concerne plus particulièrement la phase d'amorçage d'une fissure. Une étude bibliographique nous a permis de poser le problème et de montrer en particulier l'importance du traitement thermique, et donc de la microstructure, vis à vis de ce type de sollicitation. Il apparaît en effet dans ces conditions que le taux d'austénite résiduelle doit être important et la dureté suffisante. Nous présentons alors les techniques expérimentales et la méthodologie d'analyse. Puis nous montrons que l'utilisation de cycles de trempe à palier(s) permet d'obtenir sans modifier les conditions d'austénitisation à la fois une dureté et un taux d'austénite résiduelle élevés, dont la stabilité thermomécanique est alors améliorée. Nous donnons une interprétation thermodynamique de ces résultats basée sur des observations en microscopie électronique en transmission met. Nous présentons ensuite un essai de fatigue simple, pour lequel l'état de contrainte est très proche de celui obtenu pour un chargement de hertz, et ou l'effet de la pollution est simule par une indentation. Cet essai nous a permis d'étudier l'influence de la microstructure obtenue pour différents traitements thermiques et différents aciers à roulement, sur le comportement en fatigue. Enfin, nous analysons les résultats des essais de fatigue simulant le fonctionnement en condition de lubrification polluée à l'aide d'un modèle disponible au laboratoire, base sur les concepts de la métallurgie physique. Pour cela nous calculons les contraintes engendrées par la présence d'une indentation de type Vickers, en utilisant la méthode des éléments finis (concentrations de contraintes), les concepts de la métallurgie physique (contraintes résiduelles) et le concept de l'inclusion équivalente d'Eshelby. Nous retrouvons avec un très bon accord les résultats expérimentaux
This work constitutes one part of a more global project which is aimed at defining a new bearing life calculation method. We have studied the damage mechanisms of bearing steels cyclically stressed in contaminated lubricant simulating conditions. More precisely, we have examined crack initiation mechanisms. Firstly, a bibliographical study allows us to pose the problem and to show the importance of heat treatment, and therefore microstructure, towards this kind of solicitation. The percentage of retained austenite must be higher with a correct hardness. Secondly, we present experimental engeneering and our method of analysis. Theo, we show how interrupted quench cycles allow us, without autenisation conditions modification, to obtain in the same time, sufficient hardness and high percentage of retained austenite, which is also more thermo-mechanically stable. We have a thermodynamic interpretation of the whole part of our results based on TEM observations. Then, we have perfected a very simple fatigue test in which lubricant contamination effect is simulated by an indentation. This kind of test allows us to study the influence of microstructure obtained for different heat treatment and steel compositions, on crack initiation resistance. Finally, we have analysed fatigue test results with the assistance of a model available in the laboratory, based on the concept of physical metallurgy. To this end. We have developed a calculation method of stresses based on the FEM method (stress concentrations), dislocation approach (residual stresses) and ESHELBY concept (deformation incompatibilities)

Cette thèse s'insère dans un projet de calcul de la durée de vie des roulements prenant en compte les caractéristiques microstructurales du matériau. La présente contribution concerne l'étude de la première phase de propagation des fissures de sous-couche, amorcées au sein des papillons de phase blanche formes autour des inclusions, par fatigue de contact. Après quelques rappels sur la problématique de la fissuration, nous montrons qu'une approche type métallurgie physique est bien adaptée à l'étude de la propagation des fissures courtes précédemment décrites. Par des essais de compression appropries, nous avons tout d'abord étudie le comportement plastique de l'acier 100Cr6 et montre le rôle de l'activation thermique dans la déformation de ce matériau. De plus, nous avons déterminé le volume d'activation du mécanisme de dislocation responsable de cette déformation, et ce malgré l'existence d'un phénomène de vieillissement dynamique probablement dû à la mobilité des atomes de carbone dans la matrice martensitique. Ensuite, par des essais de fatigue de contact associes à des examens par cartographie ultrasonore, nous avons pu détecter l'apparition de l'endommagement en sous-couche et montrer que les fissures courtes, objets de cette étude, présentent une première phase de propagation très lente. Nous avons alors développé un modèle de propagation de fissures courtes, sollicitées en mode ii, fonde sur l'émission de dislocations coins en front de fissure, dont l'originalité repose sur le fait qu'il prend en compte l'activation thermique du mouvement des dislocations. Après avoir étudié les propriétés de ce modèle, nous l'avons applique au cas de l'acier 100Cr6: nous avons ainsi montre que les fissures courtes observées présentent bien une première phase de propagation très lente.
This thesis constitutes part of a more global project on bearing life calculation which takes into account microstructural characteristics of the material. This contribution concerns the study of the first stage of subsurface crack propagation. These cracks are initiated in structural changes called butterflies, and formed around inclusions, by contact-fatigue. After some revisions on the subject, we show that a physical metallurgy based approach is well-suited to the study of the propagation of the short cracks mentioned above. By appropriate compressive tests, we first studied the plastic behaviour of the 100Cr6 steel and showed the effect of thermal activation on the material deformation. Furthermore, we have determined the activation volume of the dislocation mechanism responsible for this deformation, despite the existence of a dynamic strain ageing phenomena probably due to the mobility of carbon atoms in martensitic matrix. Then, by contact fatigue tests associated with ultrasonic investigations, we were able to detect the initiation of damage, under the contact surface, and show that short cracks, studied in this work, have a first stage of slow propagation. So, we have developed a model for short crack propagation, under mode II loading conditions, based on the emission of edge dislocations by the crack at its tip. The originality of the model is that it takes into account the thermal activation of the dislocation movement. After a study of the model's properties, we have applied it to the 100Cr6 steel : thus, we have verified that the short cracks we have observed, have a first stage of very slow propagation

Ce travail est consacré à l'étude et à la modélisation de l'amorçage des fissures de fatigue qui apparaissent au voisinage des inclusions non-métalliques et des carbures primaires dans l'acier M50. Dans la première partie de la thèse, nous avons étudié les propriétés microstructurales et nous avons déterminé le comportement mécanique de l'acier M50 en vue d'introduire des paramètres réalistes dans le modèle d'amorçage des fissures. En particulier, nous avons caractérisé les propriétés élasto-plastiques des microhétérogénéités. Pour cela, nous avons développé une procédure expérimentale permettant de mesurer le module d'Young et la dureté des inclusions par la technique de la nano-indentation. Ensuite, nous avons étudié le comportement microplastique et la plasticité cyclique de l'acier M50. Enfin, nous avons déterminé expérimentalement le nombre de cycles à l'amorçage des fissures par l'examen de roulements à différents stades de la fatigue à l'aide de l'échographie ultrasonore. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons développé une méthode de calcul de la limite d'endurance des roulements sollicités en condition de lubrification élasto-hydrodynamique. Cette approche s'appuie sur l'étude des concentrations de contrainte autour des microhétérogénéités et sur l'utilisation d'un critère de contrainte local. Enfin, ce travail apporte une contribution nouvelle à la prédiction du nombre de cycles à l'amorçage des fissures au voisinage des inclusions. Ce modèle met en œuvre une approche mixte micromécanique/métallurgie physique pour évaluer l'accumulation des dislocations conduisant à l'amorçage des fissures dans les "papillons" de fatigue
The aim of this work is to develop a new model for crack nucleation which occurs from non-metallic inclusions or primary carbides in M50 bearing steel under rolling contact fatigue. The first part of this thesis is devoted to the determination of the material parameters to be introduced in the models. First, we study the elasto-plastic properties of the inhomogeneities by means of a nano-indentation technique. For that purpose an experimental procedure is developed to measure the Young's modulus and hardness of inclusions embedded in a matrix. Then, the microplasticity and the cyclic plasticity of M50 steel is characterized. Finally, the number of cycles to crack initiation is estimated by means of a non-destructive examination of rolling bearings at various stages of fatigue life using ultrasonic echography. The second part of this thesis is devoted to modelling. First, we develop a method to determine the endurance limit of bearings operating under elasto-hydrodynamic lubricating conditions. This approach is based on the calculation of the stress concentration around inclusions and the use of a local stress criterion. Finally, a new model for the prediction of the number of cycles to crack initiation is proposed. This model uses micromechanics and physical metallurgy concepts to evaluate the accumulation of dislocations during fatigue which leads to local damage in the so-called "butterfly" wings formed around the inhomogeneities

L'augmentation des charges transportées par essieu, des vitesses de circulation et l’état des voies peuvent conduire à des endommagements des roues en surface ou sous-surface, généralement appelés écaillage. L’objectif de cette thèse est de développer une approche complète de dimensionnement des roues ferroviaires en fatigue de roulement permettant de prendre en compte les sollicitations locales via la géométrie réelle du contact roue/rail, le comportement inélastique du matériau de la roue (acier) et les conditions d'exploitation. A l’heure actuelle, les méthodes de dimensionnement des roues ne permettent pas de prendre en tous ces éléments au travers d’une même simulation. L’algorithme stationnaire fondé sur la formulation eulérienne est utilisé pour déterminer l’état stabilisé de la structure. L’influence du glissement, du mésalignement, de la position du chargement, et de la nuance d’aciers sur la réponse mécanique, les trajets de chargement en fatigue et la limite d’adaptation a été étudiée. Les critères de fatigue de Dang Van et de Manson-Coffin sont principalement utilisés pour l’analyse en fatigue. Les résultats obtenus permettent la construction de cartes d’adaptation numérique et celles-ci sont alors discutées. D'autre part, l’influence des contraintes résiduelles introduites par le traitement thermique de la bande de roulement est analysée. Il est montré qu’elles modifient les contraintes hydrostatiques comme c'est généralement le cas en fatigue, mais aussi le cisaillement mésoscopique, qui constitue un résultat nouveau
The increasing of the railways axles loads; the traffic speeds and track conditions can lead to surface and sub-surface damage of wheel, usually called scaling. The aim of this thesis is to develop a numerical approach of railways wheel design in rolling contact fatigue which takes into account the local solicitations via the real geometric of rail/wheel contact, the inelastic behavior of the wheel material (steel) and the operating conditions. At present, the simplified methods for the wheel design are not possible to take all these elements through a single simulation. The stationary algorithm based on the Eulerian formulation is used to determine the steady state of the structure. The influence of the slip, the slip angle, the position of the load and the steel grades on the mechanical response, the fatigue loading paths and the shakedown are investigated. For the fatigue analysis, the criteria of Dang Van and Manson-Coffin are used. The results allow the establishment of the numerical shakedown maps and these are then discussed. Furthermore, the influence of residual stresses introduced by the heat treatment of the tread is analysed. It is shown that they modify the hydrostatic pressure as it is usually the case in fatigue, but also the mesoscopic shear stress, which is a new result

Ce travail a pour objectif de contribuer à l'analyse et la prévision de la durée de vie des roulements sollicités en fatigue de contact Hertzien. Dans ce travail consacré à l'acier 100 Cr 6, nous nous sommes particulièrement. Intéressés à l'amorçage des fissures au voisinage des inclusions. Au plan expérimental, avec l'aide d'examens par échographie ultrasonore haute fréquence et d'expertises optiques, nous avons confirmé que dans des conditions de fonctionnement élastohydrodynamique, ce mode d'endommagement prend naissance en profondeur dans la région où/ la contrainte de cisaillement maximale est importante. De plus, il est associé à une transformation de la phase martensitique, en une phase qui apparaît blanche après attaque chimique. Au plan de la modélisation, nous avons proposé une approche simple de la zone affectée par cette transformation de phase fondée sur l'étude de l'amplitude du déplacement des dislocations à partir de !'. Interface inclusion matrice. Ces calcul fondés sur la méthode d'ESHELBY montrent que cette approche permet de prévoir la forme, la taille et l'orientation des zones de "phase blanche". Enfin, les résultats ci-dessus ont été introduits dans le critère d'amorçage des fissures dont les bases avaient été proposées, antérieurement par P. CHAMPAUD, montrant également un accord raisonnable entre cette modélisation et les résultats expérimentaux
The objective of this study is to contribute to the analysis of bearings damages and forecast of bearing life in Hertzian conditions. In this study, dealing with 100 Cr 6 Steel, we specially studied mechanism of initiation of cracks near the inclusions. On the experimental side, by using an high frequency ultrasonic technique and optical observation, we have confirmed that, in elastohydrodynamic rolling conditions, this type of damage was initiated under the surface, where the maximum shear stress is high. Moreover this damage is associated with martensite phase transformation in a phase which becomes white after chemical etching. On the modelling side, we have proposed a simple approach of the zone concerned by the phase transformation, which is based on the study of dislocations movement amplitude from the inclusion-matrix interface. This calculation based on the ESHELBY method, demonstrates that this approach permit to forecast the shape, size and orientation of white phases. In fact, these results have been introduced in the crack initiation criterium whose bases have been proposed by P. CHAMPAUD. Thus we have obtained a reasonable agreement between this modeling and the experimental results.

Ce travail est consacré à l'étude et à la modélisation de la propagation des fissures de fatigue de roulement amorcées en sous-couche dans l'acier MSO. Il consiste à développer une modélisation de la propagation de ces fissures basée sur une approche mixte de type micromécanique/métallurgie physique qui prend en compte les propriétés microstructurales du matériau. Dans la première partie de ce travail, des études expérimentales ont été conduites pour caractériser les propriétés mécaniques de l'acier MSO. Le comportement élasto-viscoplastique du matériau a été étudié et une attention particulière a été portée au comportement thermiquement activé du mécanisme contrôlant la déformation plastique. Puis, les mécanismes physiques responsables de la propagation des fissures ont été identifiés dans deux expériences spécifiques en étudiant cette propagation, d'une part, à l'aide d'un dispositif simulant les conditions de sollicitation des roulements et, d'autre part, par le suivi par échographie ultrasonore d'essais de fatigue de roulement interrompus. Dans. La deuxième partie de ce travail, nous avons mis en œuvre une modélisation de la propagation d'une fissure sollicitée en mode II pur, par émission et déplacement thermiquement activé de dislocations en pointe de fissure. Ce modèle a ensuite été adapté au mode de chargement spécifique d'une fissure amorcée en sous-couche en fatigue de roulement. Enfin, dans le cadre d'une description déterministe, nous évaluons la limite d'endurance des roulements liée à l'arrêt de la propagation des fissures amorcées en sous-couche et nous estimons le nombre de cycles de la phase de propagation des fissures de leur site d'amorçage à la surface de contact
This work deals with the experimental study and the modelling of the propagation of cracks nucleated in M50 bearing steel subsurface under rolling contact fatigue. Its aim consists in developing a numerical modelisation using micromechanics and physical metallurgy concepts taking into account the micro structural properties of the material. The first part of this work is devoted to the experimental characterisation of the M50 mechanical properties. The M50 elasto-viscoplastic behavior is studied and a special attention is paid to the thermally activation mechanism which control the • plastic deformation. Then, the physical mechanisms responsible for the crack propagation are investigated through two specific experiments. On one hand, we have simulated the crack propagation in rolling by means of a compressive device. On the other hand, the ultrasonic echography technique has allowed us to follow the crack propagation through interrupted rolling fatigue tests. In the second part of this work, we have developed a modelisation of the crack propagation in mode II by the description of the emission and the thermally activated motion of dislocations in front of the crack. Then, this model has been adapted to the specific mode of loading of a crack nucleated in subsurface under rolling fatigue. In the framework of a determinist description, a calculation of the fatigue limit, for which the propagation of the nucleated cracks are observed to stop, is proposed. Finally, an estimation of the number of cycles to crack propagation from its nucleation area to the contact surface is presented

Ce travail est consacré, d'une part, à la recherche d'une nouvelle nuance d'acier à roulement et de ses traitements thermiques permettant d'accroître la tenue des roulements en condition d'usage sévères (chargement important, température élevée, lubrification polluée provoquant des indentations des surfaces de contact) et, d'autre part, à la description et à la modélisation de son endommagement en fatigue de contact de surfaces indentées. Des caractérisations microstructurales et mécaniques simples (principalement dureté, teneur en austénite résiduelle) conduites sur différentes coulées de laboratoire et pour différents traitements thermiques permettent d'abord de définir une gamme de compositions intéressantes et de choisir une nuance. Les conditions de traitement thermique de la nuance choisie sont affinées, après que celle-ci ait été élaborée industriellement afin d'obtenir un niveau de propreté inclusionnaire nécessaire à une bonne tenue en fatigue de roulement. Le comportement mécanique du nouveau matériau a été caractérisé (comportement microplastique, plastique cyclique et tenue en compression cyclique), des essais de fatigue de roulement ont été effectués sur éprouvettes lisses et indentées, pour simuler un fonctionnement en lubrification polluée, et les pièces fatiguées ont été expertisées afin de déterminer les mécanismes d'endommagement. Enfin une contribution à la modélisation de l'endommagement en fatigue de roulement en présence d'indentations est proposée. Elle s'appuie sur les principes de la modélisation de l'endommagement en conditions normales de fonctionnement (amorçage d'une fissure sur une microhétérogénéité en sous-couche et propagation jusqu'à la surface) en prenant en compte les modélisations mécaniques, microstructurales et géométriques provoquées par l'indentation
This work as two aims: The first one is the research of a new steel composition and associated beat treatments to enhance bearing life under severe service conditions (heavy load, high temperature, and debris contaminated lubrication causing the formation of dents on the contact surface). The second one is to propose a description and a modeling of damage mechanisms of indented surfaces under rolling contact fatigue. Measurements of simple features (mainly hardness and content of retained austenite) of different laboratory cast steels after different beat treatments help to define which compositions are of interest. The chosen steel is elaborated in industrial conditions to obtain a high Level of cleanliness necessary for a good resistance under rolling contact fatigue. Its beat treatment conditions are refined. Mechanical behaviour of the new steel is characterise : stress - train curves at low deformation, cyclic plastic deformation, resistance to cyclic compression and rolling contact fatigue of flat and indented samples simulating use under contaminated lubrication. Observations of samples after fatigue help to describe damage mechanisms. A contribution to modeling of damage under rolling contact fatigue when contact surface are indented is proposed. It is based on the model of damage under normal use (initiation of a microcrack on an inclusion in the subsurface and propagation of the crack to the surface) and allows for the mechanical, structural and geometrical modifications induced by indentation

L'écaillage profond amorcé en sous-couche est le mode de rupture le plus fréquent des roulements à billes subissant une fatigue de contact Hertzien en conditions de lubrification élasto-hydrodynamique (EHD) et en l'absence d'une rugosité importante. Des inclusions non métalliques de type grain d'oxyde provoquent dans le champ de Hertz une concentration de contraintes qui entraîne localement une décomposition de la matrice martensitique en une phase blanche. Cette décomposition est due aux dislocations émises pour accommoder les incompatibilités élasto-plastiques entre l'inclusion et la matrice et à leur accumulation provoquée par le chargement cyclique. Une fissure apparaît lorsque la densité de dislocations au sein du papillon atteint une valeur limite ; elle se propage ensuite en direction de la surface où elle provoque l'écaillage de la piste de roulement. Une modélisation de ce processus complexe qui s'appuie sur des concepts de micro-mécanique et de métallurgie physique est proposée. Une étude expérimentale du phénomène par expertises ultrasonore et métallographique a permis de suivre la progression de l'endommagement. Des expertises ultrasonores ont permis de localiser, puis d'analyser chimiquement et de caractériser élastiquement les inclusions de l'acier 100Cr6. L'utilisation conjointe de la modélisation et de la caractérisation de la distribution inclusionnaire permet de simuler les résultats des essais de fatigue standards utilisés pour caractériser la résistance des aciers à la fatigue de roulement. La comparaison entre les résultats expérimentaux et simulés est satisfaisante. La dispersion des durées de vie est principalement due à la dispersion de la position des inclusions dans le champ de Hertz. La simulation permet de comprendre le rôle de la taille et de la nature des inclusions
Under elasto-hydro-dynamic lubrication (EHD) conditions and when the roughness of the contact surfaces is very low the principal damage process in rolling fatigue is subsurface initiated deep spalling. The strain rnisfit between residual non metallic inclusions and the martensitic matrix, due to their differences in elastoplastic properties, is responsible for a local stress concentration which can be partially relaxed by dislocation emission. Under cyclic loading the emitted dislocations induce a transformation of the martensite within a finite volume surrounding the inclusion, often called "butterfly" due to its shape. The increase in the dislocation density leads to crack initiation within the butterfly. The propagation of this subsurface crack towards the surface results in the bearing failure by spalling. A model of this complex mechanism based upon micromechanics and physical metallurgy concepts is presented. The damage process is surveyed by means of ultrasonic echography and metallographie observations. The inclusions of AISI 52100 steel are localized by means of ultrasonic echography, then their species and elastic properties are characterized. Our crack initiation and propagation modeling, taking into account the inclusion distributions, allows us to simulate standard fatigue tests used for characterizing the fatigue properties of bearing steels. The comparison between experimental and simulation results is satisfactory. The distribution of the life times is mainly caused by the distribution of the inclusion positions in the Hertzian stress field. The roles of the size and the species of the inclusions are understood owing to the simulations

La superfinition des pièces en acier dur, tels que les roulements, par Usinage de Haute Précision (UHP) est devenue une alternative très compétitive et plus écologique à la rectification conventionnelle. Cependant, pour que cette alternative soit crédible, il est impératif qu'elle fournisse une intégrité de surface au moins comparable. Plusieurs développements ont été menés sur la machine UHP du laboratoire Roberval et ont permis d'usiner l'acier à roulement 100 Cr6 (62 HRC). Pour caractériser la topographie de surface, une étude comparative de trois différents instruments de mesure de rugosité a été menée. L'analyse multi-échelle a montré que le profilomètre tactile est l'instrument de mesure le plus performant. Ensuite, une étude sur le choix des paramètres de rugosité les plus pertinents a été menée. Il a été déterminé que la développée relative du profil (Lr) et la rugosité moyenne (Ra) sont le couple de paramètres de rugosité le plus pertinent. Une caractérisation structurale réalisée à l’aide de différentes techniques (MEB, EDS, DXDE, DRX et nanoindentation) a permis de montrer que l’UHP des roulements induit des modifications de la microstructure en surface. Une simulation expérimentale de fatigue a montré que la rugosité a une influence significative sur la durée de vie. Le galet de roulement peut atteindre 5,2 millions de cycles avec une très faible rugosité (Ra = 0,1 µm) contre 320 000 cycles avec une rugosité élevé (Ra = 0,25 µm). En comparaison avec la rectification conventionnelle, l'UHP offre une durée de vie en fatigue de contact 3 fois supérieure. Par conséquence, il est envisageable que l'UHP devienne une alternative à la rectification conventionnelle
Finishing components of hardened steels, such as bearings, by high precision turning has become very competitive alternative and environmentally-friendly to the grinding process. However, for this alternative can be credible, it is imperative that it provides comparable surface integrity. Several developments were carried out on High Precision Turning (HPT) machine of the Roberal laboratory and made it possible to machine hardened AISI 52100 bearing steel (62 HRC). To characterise the surface topography, a comparative study of three different measurement techniques has been conducted. A multi-scale analysis showed that the stylus profiler is the most powerful measuring instrument. Then, a study on the choice of the most relevant roughness parameters has been conducted. It was determined that the profile Length ratio (Lr) and the roughness average (Ra) are the relevant pair of roughness parameters. A structural characterisation carried out using different techniques (SEM, EDS, DXDE, XRD and nanoindentation) showed that HPT of bearings induces changes in surface microstructure. An experimental simulation of Rolling Contact Fatigue (RCF) showed that roughness has a significant influence on RCF life. The roller bearings can attain 5,2 million cycles with low Ra (Ra = 0,1 µm) against 320 000 cycles with high Ra (Ra = 0,25 µm). In comparison to conventional grinding, HPT offers RCF life 3 times greater. Therefore, it is possible that HPT becomes an alternative to conventional grinding

La finalité industrielle de ce travail mené sur des aciers de type Hadfield est l'amélioration de la tenue en service des cœurs de voie. Le mémoire comprend quatre parties. La première partie concerne la compréhension de la problématique rencontrée actuellement sur les cœurs de voie en service. La deuxième partie fait le point des connaissances sur les nuances d'acier dans la même gamme que la nuance actuelle (GX120Mn13). On a sélectionné cinq nuances et ces nuances ont fait l'objet d'une étude mécanique et tribologique dans les troisième et quatrième parties. Un montage sur un tribomètre rotatif a été conçu pour réaliser des essais de fatigue de contact en roulement. Un banc d'essai de chocs-glissement a été conçu et mis au point pour imposer aux matériaux des sollicitations proches de celles exercées en service. Au niveau essai mécanique, le comportement en traction et en compression à des vitesses allant jusqu'à 10 s-1 a été étudié. Ces essais ont montré la capacité d'écrouissage extraordinaire de ces aciers austénitiques. Les essais tribologiques de roulement et de chocs glissement ont permis de déterminer les nuances qui présentent la meilleure résistance à l'usure.

Aujourd'hui, en raison des contraintes environnementales et économiques, l'usinage fait parti des domaines en plein développement. Le tournage dur est un procédé récent qui permet d'usiner des aciers traités avec des duretés élevées supérieures à 45 HRc. Il permet en particulier d'obtenir, sans lubrification, des pièces avec un état de surface et une précision proche de ceux issus de la rectification. La maîtrise du procédé d'usinage nécessite la compréhension des mécanismes intervenant dans la zone de coupe. Ces derniers dépendent d'une part de la nature de l'outil utilisé et d'autre part du matériau. Cette étude concerne principalement l'effet de la microstructure d'un acier à roulement sur l'usinabilité et les caractéristiques d'intégrité de surface. Cet acier (100Cr6) a été étudié avec différents états métallurgiques caractérisés par la présence ou non de carbures dans une matrice bainitique ou martensitique. Les deux états métallurgiques ont été étudiés pour des duretés identiques comprises entre 45 HRc et 59 HRc. Plusieurs techniques d'analyses mécaniques et thermiques ont permis de mieux comprendre les mécanismes moteurs lors de la formation des copeaux en usinage dur. En particulier, un thermotribomètre a été utilisé pour décrire l'influence de la microstructure et la dureté sur la tribologie du couple 100Cr6-cBN. En effet, il est montré que le coefficient de frottement augmente avec la présence de carbures. Un banc d'essais de barres Hopkinson a permis d'identifier par approche inverse les lois de comportement de type Johnson-Cook pour les différents états métallurgiques. Les essais ont été conduits sur des éprouvettes chapeaux permettant de reproduire le cisaillement dynamique de la zone primaire de cisaillement générée dans la coupe. L'influence de la dureté sur les constantes d'écoulement a été mise en évidence. Des essais de chariotage ont été ensuite menés. Les résultats ont montré une faible sensibilité des efforts de coupe suivant l'état métallurgique du matériau. Trois comportements différents ont été observés avec la vitesse de coupe. L'évolution de l'intégrité de surface en fonction des paramètres de coupe a été quantifiée par l'analyse de l'état de surface et des contraintes résiduelles. L'état de surface est amélioré pour de faibles avances, pour une dureté de 55 HRc et avec la présence de carbures. Une dureté élevée et l'absence de carbure ont tendance à générer des contraintes superficielles de plus en plus en compression. Des essais complémentaires en coupe orthogonale ont permis d'examiner les aspects thermiques, par caméra CCD-Proche Infrarouge, de la zone de coupe. De plus, l'analyse des copeaux et des couches blanches a été menée. Il est montré que la présence des carbures fait augmenter la température de l'émergence de la zone de cisaillement secondaire alors qu'elle fait diminuer la température de l'émergence de la zone primaire de cisaillement. L'existence de la couche blanche sur la face arrière des copeaux et sur les surfaces usinées a été établie. Il est montré qu'elle est d'autant plus intense pour des vitesses élevées et plus homogène pour l'état métallurgique sans carbure. Un cisaillement très localisé et une élévation de la température favorisent son apparition. Enfin, nous expliquons ces influences à travers une comparaison des résultats obtenus avec ceux de l'étude comportementale.

Les phénomènes d’endommagements causés par la fatigue de contact roulant sur une surface indentée sont reconnus comme responsables de la majorité des dysfonctionnements de roulements aéronautiques. Ces mécanismes d’endommagements sont encore mal compris en raison d’un manque crucial de données expérimentales. En effet, ces phénomènes ne se manifestent qu’après de nombreuses années, voire plusieurs décennies de fonctionnement, ce qui rend toute analyse expérimentale conventionnelle particulièrement laborieuse et chronophage. De plus, la simulation numérique de ce type d’endommagements est actuellement impossible, tant en raison du manque de données expérimentales disponibles que du nombre extrêmement élevé de cycles à simuler. Afin de rendre accessible l’étude des sollicitations à très grand nombre de cycles, nous avons conçu un dispositif de fatigue ultrasonique capable de reproduire un trajet de chargement analogue à celui d’un roulement sur une surface indentée, avec un chargement localement multiaxial et non proportionnel. Ce parallèle entre les deux trajets de chargement a été établi grâce à des simulations numériques par éléments finis. Ainsi, le dispositif expérimental permet de simuler l’équivalent de plusieurs décennies d’utilisation, soit plusieurs milliards de cycles, en seulement quelques dizaines d’heures. Cette étude a ainsi permis d’établir de nombreux liens entre la fatigue de contact roulant et la fatigue ultrasonique. Elle a notamment permis d’expliquer le phénomène de transition des sites d’amorçage de fissures, qui se déplacent de la surface vers la profondeur du matériau, dans le cadre de la fatigue à très grand nombre de cycles. De plus, une analyse approfondie du raffinement local de la microstructure a été réalisée, mettant en évidence un lien direct avec l’amorçage en fatigue à très grand nombre de cycles. Ce phénomène de raffinement a pu être expliqué et attribué à la même cause sous-jacente dans le cas de la fatigue des roulements et de la fatigue ultrasonique : le glissement dévié des dislocations (cross-slip)
Damage phenomena caused by rolling contact fatigue on an indented surface are recognized as being responsible for the majority of failures in aerospace bearings. These damage mechanisms remain poorly understood due to a critical lack of experimental data. Indeed, such phenomena only manifest after many years, or even several decades, of operation, making conventional experimental analysis particularly labor-intensive and time-consuming. Furthermore, numerical simulation of this type of damage is currently impossible, both due to the lack of available experimental data and the extremely high number of cycles required for simulation. To enable the study of very high cycle loadings, we have designed an ultrasonic fatigue device capable of reproducing a loading path analogous to that of a bearing on an indented surface, with locally multiaxial and non-proportional loading. This parallel between the two loading paths was established using finite element numerical simulations. The experimental device thus allows simulating the equivalent of several decades of usage, or billions of cycles, in just a few tens of hours. This study has therefore established numerous connections between rolling contact fatigue and ultrasonic fatigue. In particular, it has provided an explanation for the phenomenon of crack initiation site transitions, which shift from the surface to the material’s depth in the context of very high cycle fatigue. Furthermore, an in-depth analysis of local microstructural refinement was conducted, revealing a direct link with fatigue initiation in the very high cycle regime. This refinement phenomenon was explained and attributed to the same underlying cause in both bearing fatigue and ultrasonic fatigue: cross-slip of dislocations

Sous l’effet des sollicitations mécaniques répétées induites par les passages des trains, on observe l’apparition de fissures de fatigue de contact dans les rails. Une fois amorcées, celles-ci peuvent se propager et mener à la rupture du rail. Dans un contexte d’intensification du trafic, l’optimisation de la politique de maintenance devient stratégique pour les entreprises du transport ferroviaire. Dans ce contexte, un modèle 3D éléments finis du contact roue/rail en courbe a été développé pour reproduire les mécanismes d’amorçage des fissures "Head Check". Ce modèle permet de simuler la sollicitation répétée du contact roue/rail. Cette modélisation a permis d’analyser l’influence de la plasticité sur la distribution de la pression de contact et sur les champs mécaniques résiduels au sein du rail au cours du chargement cyclique. Il ainsi est montré que l’actualisation du contact au cours des chargements répétés est du premier ordre. Les résultats ont permis d’identifier des zones potentielles d’amorçage de fissures de Head Check correspondant à des points matériels sur lesquels la déformation plastique s’accumule de manière considérable. En effet, on observe une correspondance entre ces orientations « accommodées » de la déformation plastique principale et l’orientation des micro-fissures amorcées sur la surface des rails ayant cumulé un faible tonnage (0-10 MGT). Ceci conforte le fait que la méthode proposée est un outil prometteur pour la simulation 3D de la fatigue du contact roue-rail
As a result of repeated loading induced by train passages, rails are subjected to rolling contact fatigue cracks. Once initiated, cracks could propagate and lead to rail failure. In a context of increased traffic, maintenance policy optimization becomes strategic for railway companies. Thus to define an enhanced planning of maintenance, a better understanding of rail fatigue damage mechanisms is crucial. Under the circumstances, a 3D wheel-rail rolling contact finite element model has been developed in order to reproduce « Head Check » cracks initiation mechanisms. This model allows sequential repeated wheel-rail rolling contact loading. Thus this calculation procedure is used to analyze the influence of plasticity on contact pressure distribution and consequently on residual mechanical fields in the rail during cyclic loading. It is shown that contact conditions evolution during repeated loading must be considered in the first order. The results allowed the identification of potential Head Check cracks initiation zones that correspond to material points on which plastic deformation accumulates significantly. Indeed, there is a correspondence between the « accommodated » principal plastic strain directions and orientation of micro-cracks initiated on rails surface subjected to low cumulative tonnage (0-10MGT). This reinforces the fact that our proposed method is a promising tool for 3D wheel-rail rolling contact fatigue simulation

Malgré les efforts importants entrepris par les aciéristes pour augmenter la propreté inclusionnaire de leurs aciers, la présence d’inclusions en sous-couches de roulements et butées à billes demeure responsable de nombreux écaillages, qui limitent leurs durées de vie. Pour tout aciériste, être capable de prédire la durée de vie de roulements en fonction des caractéristiques inclusionnaires de ses aciers constitue un enjeu majeur, afin d’optimiser les conditions d’élaboration aux exigences des clients. La plupart des modèles existant ne prennent en compte les caractéristiques inclusionnaires des aciers que de manière très partielle. Par conséquent, le but de cette thèse a été de construire un nouveau modèle qui prenne en compte l’ensemble des caractéristiques inclusionnaires (concentrations, distributions de taille, caractéristiques morphologiques et mécaniques). Pour mettre au point ce nouveau modèle nous avons utilisé une approche alliant caractérisation et modélisation. La microtomograhie X a pour la première fois été appliquée à la caractérisation fine de la morphologie des inclusions. Leurs propriétés mécaniques ont été investiguées par nano-indentation. Les concentrations et distributions de taille ont pour leur part été estimées par échographie ultrasonore haute fréquence. L’ensemble de ces données a ensuite été utilisé pour modéliser l’endommagement provoqué par ces inclusions. Le modèle développé s’appuie sur les calculs de champs de contrainte au voisinage des inclusions, réalisés par la méthode des éléments finis. Ces calculs ont permis de déduire les concentrations de contrainte ainsi que l’étendue des zones plastifiées qui se développent au voisinage des inclusions, dans lesquelles les dislocations s’accumulent, conduisant à l’amorçage de fissures. La propagation de ces fissures jusqu’en surface est alors évaluée à l’aide de lois de Paris. Dans le cas des alignements, un facteur de concentration de contrainte additionnel a été introduit pour rendre compte des interactions entre inclusions constitutives voisines. Cette modélisation a ensuite été mise en œuvre de manière statistique, grâce à la méthode de Monte-Carlo : des lots de butées virtuelles sont construits en distribuant des inclusions et alignements conformément aux concentrations, distributions de taille et autres caractéristiques obtenues expérimentalement. Le modèle a alors fait l’objet d’un calage par comparaison des prévisions numériques à des durées de vie réelles mesurées expérimentalement lors d’essais de fatigue de roulement sur butées à billes. Il est par conséquent opérationnel et constitue un outil intéressant pour prédire la durée de vie de roulements et optimiser les conditions d’élaboration en relation avec les applications visées
Despite important efforts made by steel makers to improve the cleanliness of steel, inclusions are still present in steel and produce spallings when placed in subsurface of bearings. For any steel makers, being able to predict the lifetime of bearings from the inclusion characteristics of the steel is a major challenge. Most of the existing models only take into account part of the inclusions characteristics. The aim of this Ph. D. Thesis is to take into account the most important characteristics (concentrations, size distributions, morphological and mechanical characteristics). To create this new model, an approach based on both characterization and modelling has been used. X-ray micro-tomography has for the first time been applied to the detailed morphological characterization of inclusions. The mechanical properties of these inclusions have been investigated by nano-indentation. Concentrations and size distributions have been obtained thanks to high frequency ultrasounds. All these data have then been used for the modelling. The developed model is based on the calculations of stress fields by finite element method. These calculations have permitted to obtain the stress concentrations produced by the inclusions and the size of the region where plastic strain occurs, in which dislocations accumulate and initiate fatigue cracks. Propagation of these cracks up to the surface has then been modelled by Paris laws. For stringers, an additional stress concentration factor has been introduced in order to take into account the interactions between constitutive inclusions. Once this done, a Monte-Carlo method has been used to virtually distribute inclusions in batches of simulated bearings, in accordance with the concentrations, size distribution and other characteristics obtained experimentally. The free parameters of the model have then been adjusted until a good coherence between numerical predictions and experimental results has been obtained. Consequently, it is now functional and can be used as a good tool to predict lifetime of bearing and optimize the elaborating conditions of steel in relation with the sought applications

ACe travail est consacré à la caractérisation des sollicitations et des endommagements induits par fatigue de roulement dans les contacts élastohydrodynamiques. Dans un premier temps, nous avons abordé la fatigue de roulement par des simulations expérimentales. Nous avons étudié l'influence de différents paramètres : nuance d'acier (M50 et 1 00Cr6), état de surface, pression de contact et frottement en surface. Pour cela, nous avons développé une procédure expérimentale et un dispositif de surveillance in-situ de la dégradation des surfaces en contact. Un système de détection par ultrasons a été également utilisé pour étudier le développement de la fatigue autour des inclusions présentes dans les aciers. Finalement, nous proposons des hypothèses sur les modes de formation des avaries observées et sur le rôle des paramètres d'essais. Dans un second temps, nous avons développé une méthode numérique permettant de calculer rapidement les sollicitations dans un massif élastique semi-infini. La distribution de contraintes pour un contact avec des surfaces réelles a été obtenue. Nous avons montré en particulier l'influence de la topographie des surfaces et du frottement pour deux configurations de contact : le contact élastohydrodynamique rugueux cylindre/plan et le contact sec rugueux ellipsoïde/plan. Des données sur le comportement microplastique de l'acier M50 ont été utilisées pour analyser les sollicitations calculées. Ce travail apporte une contribution à la prédiction de durée de vie des contacts élastohydrodynamiques tels qu'ils existent dans les roulements ou les engrenages
The purpose of this work is to characterise the stress tensor and damages induced by rolling contact fatigue. First, experimental tests have been planned to simulate rolling contact fatigue. The influence of the following parameters has been studied: steel (M50 and AISI521 00), surface topography, contact pressure and sliding. A specific device using magnetic sensors has been developed to follow the surface damage evolution. Moreover, an ultrasonic echography device has been used to study subsurface initiation and propagation steps of rolling contact fatigue around inclusions. So, hypothesis on rolling contact fatigue mechanisms and parameter influences have been made. Then, a numerical model using multi-level multi-integration technique has been used to calculate the elastic stress field within a half-infinite body with rough surfaces. The influence of surface topography and friction has been shown in two contact configurations : twodimensional elastohydrodynamically lubricated contact and three-dimensional dry contact. Data concerning microplastic properties of the M50 steel have been used to analyse the calculated stress levels. This work contributes to improve the lifetime prediction of the elastohydrodynamically lubricated contacts with real surfaces. Applications include rolling bearings and gears