Assessment of Shot-peening on Fatigue Life of Inconel 718 Tturbine Disk

Le grenaillage est utilisé dans l’industrie aéronautique afin d’améliorer la durée de vie en fatigue de pièces critiques, telles que les disques de turbine. Mettre en place une méthodologie permettant de traduire l’évolution des contraintes résiduelles en service et de prédire leur impact sur la durée de vie en fatigue représente un enjeu majeur afin d’intégrer l’étape de grenaillage dans le dimensionnement des pièces. Le matériau d'étude est l'INCO178. Une première partie du travail s'attache à caractériser les contraintes résiduelles et l'écrouissage induits par grenaillage, en combinant pour ce dernier : la diffraction des rayons X, l'EBSD et la dureté. L’évolution des contraintes résiduelles et de l'écrouissage est ensuite caractérisée expérimentalement après différentes sollicitations. Afin de modéliser la relaxation des contraintes résiduelles, une loi de comportement est mise en place sur la base d’essais réalisés sur le matériau non grenaillé. Enfin, l'impact du grenaillage sur la durée de vie en fatigue est évalué à l’aide d’éprouvettes présentant une concentration de contraintes. Une approche probabiliste apte à rendre compte des effets de volume et de gradient de contrainte est proposée et identifiée à partir d’éprouvettes non grenaillées. L’ensemble de la chaîne de modélisation (introduction des contraintes résiduelles et de l’écrouissage induits par grenaillage, simulation de l’évolution du champ mécanique et application du post traitement de fatigue) est enfin appliquée pour prédire la durée de vie en fatigue d’éprouvettes grenailléesSurface enhancement methods such as shot-peening are widely used in the aerospace industry to improve the fatigue life of critical components. Set up a methodology to translate the evolution of the residual stresses in service conditions and to predict their impact on the fatigue lifetime represents a challenge for the integration of the shot peening into the parts sizing. Material of the study is the Inconel 718 nickel base superalloy. A first part of the work focuses on the characterization of residual stresses and the work hardening induced by shot-peening by combining several techniques of analysis: X-ray diffraction, EBSD and microhardness. Then, the residual stresses and the work hardening evolution is investigated after service conditions. In order to model the relaxation of residual stresses, a behavior law is set up on the basis of behavioral tests carried out on non-shot-peened material. Finally, the impact of shot-peening on the fatigue lifetime is evaluated using notch specimens. A probabilistic approach is proposed and identified using non-shot-peened specimens. Finally, the modeling chain (introduction of residual stresses and work-hardening induced by shot-peening, simulation of the mechanical field evolution and application of fatigue post-treatment) is applied to predict the fatigue life of shot-peened specimen