Fatigue behaviour and associated damage mechanisms in railway steel exhibiting a microstructural gradient

Les essieux montés ferroviaires, soumis à des chargements cycliques intenses, présentent un risque accrude défaillances par fatigue, mettant en jeu la sécurité et la maintenance. Cette étude analyse l’acier ER7, unalliage ferrito-perlitique utilisé dans les roues ferroviaires, caractérisé par des gradients microstructuraux entrela jante (RIM) et la toile (WEB), résultant des traitements thermiques industriels. L’objectif principal est decomprendre l’influence de ces gradients sur l’amorçage et la propagation des fissures de fatigue afin d’optimiserla conception des roues. Des essais mécaniques et des analyses de déformation locale par Corrélation d’ImagesNumériques (CIN) haute résolution ont permis de corréler les gradients microstructuraux avec les propriétésmécaniques et de cartographier précisément les champs de déformation superposés aux microstructures.Les résultats montrent que la jante, avec une microstructure ferrito-perlitique plus fine, résiste mieuxà la fatigue que la toile. L’amorçage des fissures se localise principalement aux interfaces ferrite-perlite,mettant en évidence le rôle critique de ces interfaces. Des essais sur du fer pur ARMCO ont isolé lesmécanismes de plasticité de la ferrite, révélant comment la ductilité peut atténuer la propagation des fissures.Les analyses fractographiques confirment que les discontinuités microstructurales influencent fortement lestrajectoires des fissures. Cette recherche propose des stratégies, comme l’ajustement des fractions ferrite-perlite et le raffinement de la perlite, pour améliorer la durée de vie en fatigue des roues ferroviaires et ouvredes perspectives pour d’autres applications industrielles critiques.