Dissertations / Theses on the topic 'Formage à chaud du métal'

Les investigations expérimentales et numériques menées dans le cadre de cette étude constitueront une contribution dans les investigations en matière d’identification et d’essais instrumentés en mise en forme des structures minces. Pour la traction uniaxiale orientée, la compagne d’essais à température ambiante et à chaud a donnée naissance à l’étude de l’effet de certains paramètres physiques qui interviennent lors de la mise en forme. En faisant varier le type de matériau, avec augmentation de la température donne lieu à un gain en contrainte et en allongement pour l’aluminium recuit et un gain remarquable en contrainte pour l’acier doux, l’acier inoxydable et l’aluminium demi dur. De même le changement d’orientation de chargement, ont monté que l’anisotropie dépend de la température et type de matériau. La deuxième campagne concerne le gonflement hydraulique à chaud en expansion libre et avec matrice. Des essais de mesure d’épaisseur sur des éprouvettes circulaires et elliptiques ont montré que l’épaisseur diminue avec l’augmentation de la température et surtout dans les zones d’instabilité plastique. Du coté numérique les résultats de détermination des paramètres d’écrouissage, d’anisotropie et d’endommagement sont optimisés en utilisant des algorithmes spécifiques à chaque étape. La simulation numérique est faite avec remaillage adaptatif afin de minimiser le temps de calcul et en minimisant l’écart entre expérimentation et simulation
The experimental and numerical investigations conducted in this study provide an input in the identification and experimental procedure of thin sheet structure forming. The uniaxial tensile tests at ambient temperature and heat have given some interesting information about the effect of physical parameters involved in the thermo-hydroforming process. By varying the type of material, with increase in temperature leads to an increase in stress and elongation for the annealed aluminum and a remarkable increase in stress for mild steel, stainless steel and aluminum semi hard. Also these tests at moderate temperature improve the formability of the material. The second tests series concern the hydro bulging tests at high temperature of free expansion sheet or the sheet hydroforming with different die geometry. The obtained results of circular and elliptical specimens showed that the thickness decreases with increasing temperature and especially in the areas of plastic instability. Side of the numerical results of determining the parameters of strain hardening, anisotropy and damage are optimized using specific algorithms to each stage. Numerical simulation is made with adaptive remeshing to minimize the computation time and improves the predicted results

Les objectifs de cette thèse de doctorat étaient de caractériser l’efficacité des revêtements de surface développé pour lutter contre les problèmes de transfert de matière rencontrés lors de la mise en forme de l’aluminium à chaud, et d'étudier ces mécanismes de transfert. Le matériau utilisé était un alliage d'aluminium AA 6082-T6, largement employé dans la fabrication de composants automobiles.Le test de Compression-Translation à chaud (WHUST) a été retenu comme tribomètre principal pour cette étude. Afin de contrôler précisément les températures des essais, un dispositif miniaturisé du WHUST a été conçu afin être intégré dans la chambre chauffante de la plateforme Bruker UMT TriboLab. Les tests préliminaires avec ce nouvel appareil ont montré un empilement significatif de matière devant le contacteur. De nouvelles équations analytiques ont donc été développées pour identifier le coefficient de frottement de Coulomb (COF) et le facteur de frottement (loi de Tresca) en tenant compte de cet empilement de matière.Le WHUST a ensuite été utilisé pour évaluer les performances tribologiques de trois revêtements PVD commerciaux : un AlCrN, un TiAlN et un Arc-DLC. Les expériences ont été menées sans lubrifiant, à des températures variant de 300 °C à 500 °C, sous des pressions de contact comprises entre 40 et 100 MPa, avec une vitesse de glissement égale à 0,5 mm/s. Les résultats ont montré que le revêtement Arc-DLC était plus efficace que les revêtements AlCrN et TiAlN pour atténuer les problèmes de transfert d’aluminium. En particulier, le revêtement Arc-DLC provoquait moins d'adhésion et moins de transfert d'aluminium, notamment lors du début du glissement. Ces résultats ont été confirmés par des essais sous des pressions de contact plus élevées, réalisés à l’aide l’essai de forgeage en T à chaud (HVGCT).Dans la deuxième partie de cette thèse, le revêtement Arc-DLC a été sélectionné pour étudier en détail les mécanismes de transfert d’aluminium sur les outils de mise en forme. Des essais ont été réalisés avec une courte distance de glissement (2 mm) pour examiner les premières étapes du transfert d’aluminium, tandis que des tests avec une distance de glissement de 38 mm ont permis d’étudier l’évolution du transfert. Les expériences ont été conduites aux mêmes températures d’essai (300-500°C), avec deux vitesses de glissement différentes, 0,5 mm/s et 5,0 mm/s, et toujours sans lubrifiant. Les topographies de surface et les images SEM prises le long de la piste de frottement ont montré que le transfert d'aluminium se produit en deux étapes principales : une phase initiale principalement due au labourage mécanique, suivie d'une phase de croissance dominée, en fonction des températures et des vitesses de glissement, par du labourage mécanique ou par de l'adhésion.Dans la dernière partie de cette thèse, l'apprentissage automatique (ML) a été utilisé pour étudier les mécanismes de transfert d’aluminium. Les topographies de surface et les images SEM prises le long de la piste de frottement ont été analysées. Elles ont été classifiées à l’aide de cinq algorithmes d’apprentissage automatique simples et d'une architecture de réseau neuronal convolutif (CNN) personnalisée. Il a été démontré que le ML appliqué aux données topographiques et le CNN appliqué aux images SEM permettaient tous deux d’identifier les modes d’usure avec précision
The aims of this PhD thesis were to find effective surface coatings to prevent the material transfer issue and to study the mechanisms of material transfer in the hot forming of aluminum alloy. The workpiece material was AA 6082-T6 aluminum alloy, which is widely used to produce automotive components.The warm and hot upsetting sliding test (WHUST) was selected as the main tribometer in this study. To control the testing temperatures precisely, a scaled-down apparatus of the WHUST was designed to integrate into the heating chamber of the Bruker UMT TriboLab platform. The preliminary experiments of the new apparatus found that the pile-up material significantly occurred in front of the contactor due to the high friction at the interface and the deformation characteristic of the aluminum alloy at high temperatures. From this point, the pile-up material was considered as a new parameter in analytical equations used to identify the Coulomb coefficient of friction (COF) and the shear friction factor.The new apparatus of the WHUST was then used to evaluate the tribological performance of three commercial PVD coatings: AlCrN, TiAlN, and Arc-DLC. The experiments were performed at temperatures between 300˚C and 500˚C, at 0.5 mm/s of sliding speed under non-lubrication contact conditions. Those conditions led to the mean contact pressure between 40 MPa and 100 MPa. The results showed that the Arc-DLC coating had better efficiency in alleviating the aluminum transfer issue than the AlCrN and TiAlN coatings. The Arc-DLC coating caused less adhesive to the aluminum alloy and less transferred aluminum, especially in the initial period. Moreover, these findings were consolidated under higher contact pressure by using the hot V-groove compression test (HVGCT).Following that, the Arc-DLC coating was selected to study the mechanisms of aluminum transfer on the forming tool in detail. The WHUST was performed with the specific short sliding distance (2 mm) to investigate the initial stage of aluminum transfer, while the full sliding distance (38 mm) was used to examine the evolution of aluminum transfer. The experiments were conducted at the same testing temperatures with two different sliding speeds, 0.5 mm/s and 5.0 mm/s, under non-lubrication contact conditions. It was found that the aluminum transfer in the initial stage was mainly caused by mechanical plowing. Then, during the grow-up stage, the aluminum transfer was dominated by mechanical plowing and/or adhesive bonding, depending on the testing temperatures and the sliding velocities. Additionally, the different transfer mechanisms caused dissimilar COFs, surface characteristics along the friction track of the specimen, as well as transferred aluminum.In the last part of this PhD thesis, Machine Learning (ML) was involved to study the mechanisms of aluminum transfer. The previous part found that the wear characteristics along the friction track could be a significant indicator to differentiate the transfer mechanisms. Thus, the surface topographies and the SEM images along the friction track were used to classify by five simple ML algorithms and a custom Convolutional Neural Network (CNN) architecture, respectively. It was proved that the ML with topographic data and the CNN with SEM image data had the potential to identify the wear mode accurately

Le procédé de formage des articles en verre creux suppose la pratique d'une lubrification manuelle périodique des organes en contact avec le verre. Cette lubrification étant à l'origine de nombreux défauts du procédé, cette étude a pour objectif de la supprimer pendant au moins 48 heures. La première étape consiste, suite à un examen du système actuel, à élaborer les outils servant à la simulation tribologique expérimentale des deux types de contact verre-métal identifiés. Un premier dispositif, baptisé capteur de chargement, permet l'étude in vivo (sur machine de production), du contact dynamique représentatif du chargement de la paraison dans le moule ébaucheur. Une modélisation mécanique, complète par une justification théorique, la pertinence de cet outil. Un second dispositif baptisé presse à verre, permet l'étude à l'échelle du laboratoire du contact statique verre-metal, représentatif du démoulage de l'ébauche. La seconde étape expose les résultats de l'étude expérimentale de ces deux types de contact, conduite à la fois sur des métaux dits "modèles" et sur des substrats industriels. II ressort que ces contacts sont essentiellement gouvernés par trois facteurs : les processus de formation d'une couche de transition entre le verre et les oxydes métalliques du substrat, l'épaisseur de couche d'oxydes métalliques et enfin, dans le cas du contact dynamique, la morphologie de surface du substrat. La cinétique de formation de la couche de transition dépend de la nature des oxydes en présence et de la viscosité du verre. L'ensemble des observations expérimentales, couplées au cahier des charges des matériaux de moulerie à utilisation verrière, permettent de formuler des recommandations industrielles
The hollow glass forming process requires a periodic lubrication of the metallic parts in contact with glass. As this lubrication induces many process defects, the objective of this study is to propose new outlooks in order to reduce it to 48 hours. A first step consists in building experimental tools, on the basis of the examination of the present industrial system, dedicated to the tribological study of two different contacts. The first tool, called loading sensor, allows the in vivo investigation (directly on the forming machine) of the dynamic contact, representative of the loading step of the parison inside the blank mould. A complementary mechanical modelling justifies the pertinence of this apparatus. A second tool, called glass press apparatus, allows to investigate at a laboratory scale the glass to metal sticking phenomenon representative of the blank demoulding. A second step exposes the experimental results obtained with model and industrial substrates, in both dynamic and static situations. We observe that those contacts are essentially dependant on three parameters : the formation process of a transition layer between the glass and the metallic oxides coming from the substrate, the thickness of this oxide layer, and at least in the case of the dynamic contact, the surface morphology of the substrate. The formation kinetic of the transition layer depends on the nature of the oxides at the interface and on the glass viscosity. All the experimental observations, linked with the glass moulding material requirements, finally allow to formulate industrial proposals

Dans ce projet, le matériau est l'alliage de magnésium AZ31-O en tôle. L'épaisseur de tôles est de 1,2 mm. Les essais de traction à chaud sont réalisés afin d'étudier la ductilité de l'alliage de magnésium AZ31-O, la température et l'influence la vitesse de déformation sont incluses dans tous les tests. Le résultat d'analyse montre que la ductilité est renforcée avec une température croissante et une vitesse de déformation décroissante, le phénomène d'adoucissement est évident à la température élevée. La propriété anisotrope n'est pas considérée dans ce projet. Les essais Nakazima à chaud avec le poinçon d'hémisphère sont réalisés pour étudier la formabilité de l'alliage de magnésium AZ31-O. Enfin, la FLD (Forming Limit Diagram) est identifiée et les comparaisons montrent que la formabilité est préférable à une température plus élevée. En outre, les prédictions des limites de formage sont effectuées dans le modèle M-K. La comparaison montre clairement avec la prédiction théorique ne convient pas avec l'expérience. Les simulations des éléments finis sont effectuées pour un emboutissage par poinçon hémisphérique et un emboutissage en croix. Tout d'abord, les simulations d'emboutissage de poinçon hémisphérique sont réalisés sur FORGE® et sur ABAQUS®. Les résultats des simulations de FORGE et de ABAQUS sont comparés afin d'étudier la différence de divers codes de simulation des éléments finis. Deuxièmement, le comportement de d'endommagent est étudié dans FORGE par modèle d'endommagement Lemaitre. Enfin, la simulation d'emboutissage en croix qui est un benchmark de la conférence 2011 NUMISHEET est réalisée avec FORGE. La charge de poinçon, l'épaisseur et la distribution de température sont obtenues et comparées pour chaque simulation. En outre, ces résultats de la simulation de benchmark (FORGE) sont également comparés à d'autres logiciels de simulation en conférence. Les résultats des analyses détaillées sont présentés dans cette thèse.

Le formage incrémental est un procédé de mise en forme flexible, avec des outillages peu couteux. Il est adapté pour la réalisation de pièces à usage unique comme des prothèses ou implants personnalisés en titane. Mais les efforts de formage importants avec le titane limitent les possibilités de géométries. Une solution pour diminuer les efforts de formage consiste à réaliser ce formage à chaud.L’objectif de cette thèse était d’étudier numériquement et expérimentalement le formage incrémental à chaud de pièces en titane. Un nouveau dispositif expérimental à chaud basé sur l’utilisation de cartouches chauffantes est proposé. Une campagne d’essais expérimentaux à chaud est menée afin d’étudier l’effet de la température et de différents paramètres du procédé pour une pièce tronconique en titane (Ti-6Al-4V). On montre qu’à haute température les efforts de formage sont plus faibles, la formabilité est améliorée. A 450°C, on obtient un angle limite de formage de 57°. La simulation numérique du formage incrémental est effectuée avec ABAQUS à température ambiante puis à chaud. On montre l’impact de certains paramètres du procédé sur l’effort axial et l’épaisseur finale. Les valeurs optimums de ces paramètres sont déterminées à partir de plans d’expériences et des surfaces de réponse. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux à chaud permet de valider le modèle numérique. On s’intéresse ensuite au formage incrémental à chaud d’une prothèse de crâne humain en titane en utilisant une approche d’ingénierie inverse
The incremental forming process is a flexible forming process, with low cost tooling. It is perfectly suited for single use products as customized titanium implants or prosthesis. But the important forming forces with titanium limit the geometries to realize. One of the solutions consists in performing this process at hot temperature.The objective of this work is to study numerically and experimentally the warm incremental forming process of titanium sheets. A new setup for the warm incremental forming process is proposed. It is based on the use of heating cartridges. A hot experimental test campaign with Ti-6Al-4V titanium alloy sheets is conducted in order to study the impact of the temperature and process parameters on the axial force and thickness distribution for a truncated cone. It is shown that the forming forces are lower at hot temperature and the formability is improved. For a temperature of 450°C, a forming limit angle of 57° is obtained.Numerical simulations with Abaqus of the incremental forming process are performed at room temperature and hot temperature. We show the impact of the punch diameter and the axial step size on the axial force and thickness. The optimum values of these parameters are determined by using an experimental design and response surfaces. The comparison between results obtained numerically and experimentally allows to validate the numerical model. We are then interested in the warm incremental forming process of a human skull prosthesis. A reverse engineering approach is used

L'objectif de cette étude est de fournir un outil d'aide à la conception de gammes d'emboutissage à chaud. Ce procédé appliqué à des aciers trempants (dans notre cas à l'Usibor 1500) permet l'obtention de pièces avec une résistance mécanique très élevée. La simulation numérique représente un outil de prédiction très puissant permettant de minimiser les coûts de conception. Grâce à la simulation numérique et aux analyses nécessaires à la modélisation, nous sommes arrivés à élucider les points clés qui font qu'une pièce emboutie par ce procédé soit réussie. Deux logiciels, Forge 3 et Abaqus/Explicit, ont été choisis. Ces logiciels permettent d'effectuer un calcul thermomécanique indispensable à la simulation de notre procédé.
Pour réaliser ces calculs, la connaissance du comportement du matériau ainsi que celles des échanges thermiques gérant l'évolution de température dans la tôle sont cruciales. Le comportement mécanique comme l'évolution de la température sont décrits par des lois mathématiques dépendant d'un certain nombre de paramètres propres à chaque matériau. Ces paramètres ont été identifiés pour notre matériau dans les conditions du procédé d'emboutissage à chaud.

Dans ce travail de thèse, la Méthode Asymptotique Numérique (M. A. N. ) est examinée pour l'étude des problèmes mécaniques combinant plusieurs non-linearités : matérielle, géométrique, contact avec frottement. Nous abordons ainsi la mise en forme à chaud de tôles en appliquant la (M. A. N. ) à la résolution des problèmes viscoplastiques (loi de Norton-Hoff) en grande déformation avec prise en compte du contact avec frottement. Pour appliquer la (M. A. N. ), des techniques d'introduction de variables, de régularisation, ainsi que de modification des relations sont employées dans le but de rendre les expressions quadratiques et analytiques. En particulier, les conditions unilatérales de contact sont régularisées. La (M. A. N. ) consiste à combiner une technique de perturbation et la méthode des éléments finis. Les inconnues du problème sont ainsi développées sous forme de séries entières et le problème non linéaire de départ à résoudre se transforme alors en une suite récurrente de problèmes linéaires ayant le même opérateur tangent et résolus par la méthode des éléments finis. Les applications numériques traitées : simulations de formage de tôles par pression hydraulique et par poinçonnement hémisphérique, permettent de montrer la supériorité de la (M. A. N. ) sur une méthode itérative dans le sens où elle est plus rapide (peu d'opérations de construction-inversion de matrices), très précise (équilibre satisfait à tout moment de la déformation) et totalement automatique (calcul intrinsèque des pas de chargement)

L'objectif de cette these reside dans le recherche de lois de comportement pour la simulation du formage a chaud de metal a grandes vitesses de deformations. On s'y interesse plus particulierement a l'etude du comportement dynamique de l'aluminium 5083 a partir d'essais a chaud sur le systeme shpb pour l'identification des parametres de la loi de comportement a grandes vitesses de deformation et hautes temperatures. Une nouvelle geometrie d'echantillon (de type haltere) est proposee pour faciliter le test shpb a hautes temperatures. La capacite de cet echantillon a maintenir sa temperature entre la coupure du systeme de chauffage et l'impact du projectile, avec ou sans contact l'instant de prealable avec les barres, a ete comparee a celle de l'echantillon cylindrique a partir d'experiences et de simulations par la methode des elements-finis. La forme de l'echantillon a ete optimisee en comparant tous les resultats obtenus experimentalement et par simulation. Les parametres des modeles de materiau ont ete identifies grace a des donnees experimentales en utilisant la methode de l'analyse inverse. Pour la validation des modeles de materiau, des tests shpb ont ete simules a differentes vitesses de deformation et differentes temperatures. Le code d'elements finis abaqus/explicite a ete utilise pour ces simulations. La methode de validation utilisee ici a ete de comparer l'historique des contraintes mesurees par des jauges sur les barres de pression avec ces memes contraintes obtenues par simulation. En conclusion de ce travail, un exemple d'application sur un procede de formage a chaud d'un panneau d'aluminium utilise dans l'aeronautique est presente, simule et etudie par une modelisation aux elements finis
The objective of this thesis lies within the general scope of searching constitutive equations for simulation of hot metal forming at high strain rate. In particular, we are interested in studying the dynamic behavior of aluminum 5083 by utilizing the shpb system for identification of the constitutive equation parameters at high strain rates and high temperatures. A new specimen in the form of a halter is introduced to facilitate the shpb test at an elevated temperature. The ability of this specimen to maintain its temperature, relative to the cylindrical specimen, between the cut-off of the heating device and prior to the impact of the striker, with or without contact with the pressure bars, has been studied via both experimental tests and finite element methods. The form of the specimen was optimized by comparing all the results obtained in experiments and by simulation. The parameters for all material models are identified from experimental data by using the inverse analysis method. For validation of the material model, shpb test is simulated at various strain rates and various temperatures. The explicit finite element code abaqus is used in these simulations. The validation methodology used here is to compare the recorded strain gauge histories measured on the pressure bars with the histories of the simulated strain gauges. Finally, an example is presented, where the process of hot forming of aluminum panels of airplanes is simulated and studied via fe modeling

L'emboutissage à chaud est un procédé de plus en plus utilisé dans le secteur automobile, notamment pour la mise en forme de tôles en acier aluminié et trempable : l'Usibor 1500P. Dans ce procédé, les outils de mise en forme sont fortement sollicités par des contraintes thermique, mécanique et métallurgique. Ces sollicitations sont couplées et agissent en synergie ce qui rend difficile la maîtrise du frottement et de l'usure qui en résulte. La connaissance des phénomènes tribologiques intervenant à l'interface entre la tôle et l'outil devient alors très importante d'une part pour pouvoir maîtriser l'énergie dissipée par les forces mises en jeu, et d'autre part, pour contrôler la dérive, au cours du temps, de la géométrie des outils qui influe directement sur la qualité de l'état de surface des tôles embouties. C'est cette problématique qui est abordée dans cette étude dans une démarche scientifique pluridisciplinaire à caractère technologique. Dans ce travail, le premier chapitre concerne une étude bibliographique portant sur le procédé de mise en forme par emboutissage des matériaux métalliques et en particulier l'emboutissage à chaud avec trempe dans les outils de l'acier, ici l'acier revêtu Usibor 1500P. Les aspects procédé, mécanique, tribologique et simulation expérimentale de l'emboutissage sont abordés. Le deuxième chapitre traite de la méthodologie expérimentale et notamment de l'appareillage qu'il a fallu concevoir et réaliser pour répondre au cahier des charges. Le tribomètre à haute température en contact ouvert pion sur disque, conçu et réalisé pour cette étude, est décrit. Les matériaux outils (relatifs aux pions) ainsi que le matériau produit (en Usibor 1500P) sont présentés. Les moyens d'observations et d'analyses sont brièvement exposés. Le troisième chapitre est consacré à la validation indispensable du tribomètre par l'analyse de sa réponse en terme de détermination de la température de surface et de la modélisation analytique de la trajectoire spiralée décrite par le pion. Le quatrième et dernier chapitre présente tout d'abord les résultats obtenus ainsi que leur discussion : § Les analyses de surface de l'acier Usibor 1500P pour permettre de mieux comprendre son comportement tribologique. § Les résultats en terme du coefficient de frottement des différents couples de matériaux. § La caractérisation et l'analyse des différents types d'usure des pions et des disques. Une discussion est alors menée sur le coefficient de frottement et sur les facteurs l'influençant. Un modèle numérique du système pion/disque en trajectoire ouverte est proposé dans le but de pouvoir prédire une formulation de loi de frottement en fonction des conditions expérimentales. Enfin, des mécanismes d'usure des pions et des disques en Usibor sont proposés en mettant l'accent sur l'importance du tribosystème et donc sur la réponse d'un couple de matériaux donné en terme d'usure et de frottement suivant les conditions de sollicitations. Quelques recommandations pratiques déduites de ce travail sont aussi proposées
Hot stamping is a process in progress used in the automobile sector, particularly for an aluminised and quenchable steel sheet working: Usibor 1500P. In this process, working tools are subjected to thermal, mechanical and metallurgical stress. These constraints are fully coupled and are acting in synergy. Therefore, it is difficult to control friction and wear in this process. The understanding of the tribological phenomena occurring in the tool/sheet interface becomes very important in order to control the dissipated energy and the tools durability which directly affects the surface quality of the final product. This study concerns these problems with a scientific and technological approach. In this work, the first chapter relates to a bibliographical study describing the process of metallic material stamping and in particular hot stamping with simultaneous hardening of a coated steel Usibor 1500P. The process, mechanical, tribological and experimental simulation aspects of stamping are approached. The second chapter treats to the experimental methodology which is required in terms of design and achievement in order to satisfy the industrial specifications. The high temperature pin on disc in open contact tribometer, designed and built up, is described. The material tools (represented by pins) and material product (Usibor 1500P) are presented. The analysis and observation means are briefly exposed. The third chapter concerns the essential validation of the tribometer by the analysis of its response in terms of the surface temperature evaluation and the spiral trajectory analytical modelling. The fourth and final chapter gives all the experimental results and their discussion such: § The Usibor 1500P surface analysis for a better understanding of its tribological behaviour. § The coefficient of friction for the different couples of materials. § The characterization and analysis of the various types of pin and disc wear. After that, a discussion on the coefficient of friction is done. Then, a numerical model of pin on disc in open trajectory system is proposed. The objective is to predict a friction law formulation according to the experimental conditions. Lastly, pin and disc wear mechanisms are proposed and the importance of the tribosystem is shown. Some practical recommendations are finally proposed from this work

Etude d'un logiciel d'éléments finis en grandes déformations avec frottement pour un matériau viscoplastique permettant une simulation de l'écoulement complexe du matériau en forgeage à chaud tridimensionnel

Le laminage à chaud transforme des brames, ep. 250mm, en tôles de 1,2 à 16mm en opérant a des températures de 1000°C. Une étude expérimentale a été menée permet de dégager les principaux paramètres du procédé influençant l'allure du profil thermique du produit: réchauffage dans le four, refroidissement des rives au dégrossisseur, arrosage sur la table de sortie. Nous avons développé 2 modèles numériques qui calculent l'évolution du champ de température dans la largeur et l'épaisseur de la bande, depuis la sortie du four jusqu'en entrée de la bobineuse. La modélisation depuis le four jusqu'en entrée du finisseur donne des résultats en accord avec l'expérience. Au finisseur, les phénomènes thermiques sont nombreux et complexes (phases d'arrosage, de déformation, contacts produit-outil): il en résulte des différences appréciables entre le profil calculé et le profil mesure en sortie du finisseur. Sur la table de sortie, la complexité des phénomènes thermiques liés à l'arrosage du produit (mouillage, calamine, mouvements d'eau) diminue l'espoir de réaliser un modèle fiable, prédictif, valable pour toutes les configurations de procédé et caractéristiques du produit, rencontres au laminage. Des essais réalisés sur une maquette de refroidissement d'une tôle chaude par jet laminaire d'eau, ainsi que les premiers résultats d'un modèle associé, ont permis de cerner davantage les mécanismes physiques lies au caractère diphasique de l'eau d'arrosage

On a etudie les interactions entre verre et metal a haute temperature, afin de resoudre des problemes de collage entre emaux pour les vitrages automobiles et revetements metalliques recouvrant la matrice de formage (tissu metallique). La realisation d'un test reproduisant les conditions de mise en forme a permis de quantifier la force de collage. Les resultats experimentaux ont montre que la viscosite de la phase vitreuse est l'un des parametres les plus importants. Nous avons modelise la force de collage en fonction de celle-ci. Nous avons ainsi pu mettre en evidence l'influence du facteur mecanique (accrochage par inter-penetration du verre et des fibres metalliques en contact) et de la composition chimique. On a montre aussi que l'on peut s'opposer a l'effet de la viscosite en jouant sur des parametres directement lies a l'email. L'examen des proprietes electriques des verres ne nous a pas permis d'etablir une correlation evidente entre ces proprietes et la force de collage. Cependant, on a constate qu'en appliquant une tension continue au systeme email/revetement de matrice, il etait possible de diminuer la force de collage entre email et tissu metallique. La mesure de l'intensite en fonction de la tension appliquee nous a permis, en faisant un parallele avec ce que l'on connait sur la corrosion des metaux dans des electrolytes aqueux, de donner une interpretation des phenomenes conduisant a la diminution de la force de collage.

L'anisotropie des proprietes des toles d'aluminium est fonction des textures et microstructures developpees pendant les differentes etapes de la mise en forme. Pour simuler le laminage a chaud, nous avons deforme en compression plane biencastree a chaud (200ct00c, 0. 1. 5, 10#-#3s#-#10#-#1s#-#1) des cristaux d'al et d'al-1%mg (monocristaux, bicristaux et polycristaux). La texture de deformation a 400c de polycristaux d'al est de type l et celle obtenue pour al-1%mg est a dominante c/s. La deformation non imposee #d#l, #d#t des monocristaux d'orientation l d'al a 400c est inferieure a celle obtenue a 20c (facteur 1/3). Ceci est explique par l'activation d'un glissement non octaedrique 112 aux faibles valeurs du parametre de zener-hollomon z. Pour l'orientation c, c'est le glissement 100 qui est observe a t+00c. Le modele viscoplastique avec introduction de glissements non octaedriques simule correctement ces evolutions. A 400c, pour l'orientation l d'al-mg, le glissement est de type octaedrique et #d#l, #d#t est superieure au cas d'al pur. L'orientation cube al-mg se stabilise a chaud de meme que pour al mais pour de plus faibles valeurs de z. Les cellules de dislocations dans les grains d'al s'organisent en deux familles de blocs de cellules formant un damier sous-structural regulier. Les desorientations locales de bloc a bloc sont alternees le plus souvent autour de dt (pour l, quel que soit alors que pour c et s, peut atteindre 20 pour 1). Dans les grains d'al-mg, les tailles de blocs sont deux fois plus petites et les desorientations locales n'excedent pas 3. En recristallisation, le joint de grain presentant la vitesse de migration la plus grande apres deformation a 400c est le joint cube/s (avantage en mobilite et en terme de difference d'energies stockees dans les deux grains). Le joint s+/s- de type migre aussi par siem mais avec une cinetique plus lente. Une nouvelle orientation proche de cube apparait par recristallisation au joint s/l

La fabrication des composants d'une turbine hydraulique est un procédé complexe, couteux et nécessite beaucoup de métal. Une possibilité d'améliorer ce procédé est d' obtenir des formes complexes, ce qui va réduire la quantité de soudage et de post-traitement. Le nouveau procédé nécessite l'étude de nouveaux matériaux, qui possèdent une déformabilité élevée et répondent aux exigences du matériau pour une application dans les turbines hydrauliques. Les aciers supermartensitiques sont attractifs, car ils possèdent la combinaison exceptionnelle d'une haute résistance à la corrosion, une bonne soudabilité, une résistance à la traction élevée et un comportement ductile.Le but de ce travail est la détermination et la modélisation du comportement d'un acier supermartensique à hautes températures pour contrôler et optimiser le procédé de mise en forme à chaud de composants d'une roue d'une turbine hydraulique.Des paramètres différents affectent la mise en forme à chaud de l'acier. D'un côté, la connaissance de la microstructure et des transformations de phase est nécessaire pour optimiser la température du mise en forme et analyser les résultats, d'un autre côté, des essais mécaniques doivent être réalisés pour déterminer le comportement à haute température de l'acier et ses lois de comportement, ce qui permettra de modéliser le procédé de mise en forme. Ainsi, une étude détaillée de la microstructure et des transformations de l'acier supermartensique est d'abord présentée. Il a été démontré que le traitement thermique peut améliorer la microstructure du matériau et supprimer les hétérogénéités provenant de la fabrication de l'acier. Ensuite, le comportement mécanique à haute température a été étudié. Des essais de traction ont été effectués dans l'intervalle de température de 650 ° C à 1100 ° C à des vitesses de déformation entre 0,0004s-1 et 0,04s-1. Les influences de la température, de la vitesse de déformation, de la taille des grains, de la teneur et de la morphologie des phases sur le comportement mécanique ont été analysés. En outre, la caractérisation qualitative de l'endommagement a été effectuée dans le domaine austénitique. Finalement les lois de comportement ont été déterminées et la modélisation de la mise en forme à chaud d'un acier supermartensitique a pu être entreprise. Des exemples de deformation en flexion, correspondant à des formes réelles complexes, sont présentés.Les résultats de l'étude des aciers inoxydables supermartensitiques et de leurs lois de comportement à chaud permettent d'optimiser le processus de formage
The current manufacturing of hydraulic turbine components is complex, metal-consuming and expensive process. The one way of improving this process is forming complex shapes that will decrease the amount of welding and post treatment. The new forming process requires the investigation of new materials having good deformability and satisfying the requirements to material for hydraulic turbine application. The supermartensitic steels are attractive as they have exceptional combination of high corrosion resistance, good weldability, tensile strength and ductile behavior.The aim of this work is the determination and modeling of supermartensitic stainless steel behavior at high temperature to control and optimize process of hot forming the parts of hydraulic turbine runner.Different parameters affect the hot forming of steel. On the one hand, the knowledge about steel microstructure and transformation is needed to optimize temperature of forming and analyze results, and on the other hand, the mechanical experiments need to be performed to determine high temperature behavior of steel and constitutive law which allow to model process of forming. Thus firstly detailed study of microstructure and transformation of supermartensitic steel is presented. It has been demonstrated that the heat treatment can improve microstructure of material and exclude disadvantage of steel making. Then the mechanical behavior at high temperature was investigated. Tensile tests were carried out in the interval of temperature from 650°C to 1100°C at strain rate in range from 0,0004s-1 to 0,04s-1. The influences of temperature, strain rate, grain size, content and morphology of phases on mechanical behavior have been analyzed. Additionally brief investigation of cavities at full austenite zone has been done. Finally the constitutive laws were determined and modeling of behavior is presentede Examples of bending process are reported, corresponding to real and complex shapes of turbine parts.The presented investigation of supermartensitic stainless steel and proposed constitutive laws allow optimization the process of hot forming

Le soudage est un procede d'assemblage des structures mecaniques dont l'importance n'est plus a souligner. Pour maitriser le procede de soudage t. I. G. (tungstene-inert-gaz), il a semble utile de definir de facon tres precise les parametres qui influencent la formation du bain de soudure ainsi que sa morphologie (la penetration p, la largeur l et le rapport p/l). Ce travail est consacre au parametrage du procede de soudage t. I. G. Sans metal d'apport puis avec apport de fil chaud. L'etude metallurgique du soudage t. I. G. Avec fil chaud a permis de montrer l'effet de differents parametres sur les caracteristiques et le comportement des assemblages soudes. Les essais ont ete faits en utilisant un materiel de soudage assiste par ordinateur. Les parametres etudies sont notamment lies a la piece soudee (preparation des joints et des surfaces), a l'electrode refractaire (materiau, diametre, affutage), au metal d'apport (composition chimique, diametre, forme) et a l'arc de soudage (longueur, regime). L'etude et ses applications ont ete faites sur des eprouvettes tubulaires (gws- a42). La definition des parametres devrait permettre de prolonger cette etude essentiellement experimentale par des developpements plus theoriques sur ce probleme typique de ceux qui se posent dans les milieux diphasiques (solide-liquide) tels que le probleme de stefan.

Cette thèse s’est déroulée dans le cadre d’une cotutelle internationale entre l’IMT - École des Mines d’Albi-Carmaux et l’Ecole Polytechnique de l’Université de Sao Paulo (EPUSP). Elle a pour but de contribuer à l’étude du comportement mécanique des alliages de titane Ti6Al4V, et plus spécialement dans le domaine du formage superplastique et du formage à chaud. L’objectif général de ce doctorat est de contribuer au développement de procédés de formages non conventionnels des alliages de titane pour applications aéronautiques. C’est pourquoi, en fonction des équipements disponibles sur les deux sites, les travaux de recherche se sont déroulés soit à l’Ecole des Mines soit à l’EPUSP. Cette thèse adresse la problématique scientifique des interactions entre le comportement mécanique dans le domaine du formage superplastique et de formage à chaud d’une part et la microstructure initiale et son évolution dans le domaine de sollicitation d’autre part. Pour cela une stratégie d’essais et de caractérisation a été développée et suivie. Les essais incluent des essais mécaniques uniaxiaux à haute température sur différents alliages Ti6Al4V présentant des microstructures initiales différentes (taille de grain 0,5; 3,0 et 4,9 μm). Une attention particulière a été portée à l’évolution microstructurale avant essai - c’est- à-dire durant sa montée en température et la stabilisation thermique de l’échantillon – et durant l’essai. Les conditions d’essai ont été choisies de façon à couvrir le domaine du formage à chaud et du formage superplastique, température de 700°C à 950°C et vitesse de déformation entre 10-1 s-1 et 10-4 s-1. La croissance de grain dépend de la microstructure initiale mais aussi de la durée de l’essai en température (croissance statique) et de la vitesse de déformation (croissance dynamique). Afin d’améliorer la validité du modèle des observations microstructurales de taille de grain sont effectués après les essais mécaniques par micrographie optique et Microscope Electronique à Balayage. Un modèle de comportement unifié a été introduit de façon à être capable de couvrir toute la plage de température et de vitesse de déformation : écrouissage cinématique non linéaire, sensibilité à la vitesse de déformation et loi de croissance de la taille des grains sont inclus dans le modèle. Afin de pouvoir valider le modèle, il a été introduit dans le code de simulation ABAQUS®. Les résultats des simulations (en particulier déformation macroscopique et taille de grain locale) ont été comparés, pour l’un des matériaux de l’étude, aux résultats d’un essai de gonflage axisymétrique de tôle. Pour obtenir un cycle de contrôle simple, les essais effectués au laboratoire de l’IPT/LEL à Sao José dos Campos au Brésil ont été opérés à vitesse de déformation constante. Les résultats montrent une très bonne corrélation avec les prédictions et permettent de conclure à une validation du modèle de comportement développé dans la thèse dans des conditions industrielles de formage de l’alliage de titane
This thesis was developed in the frame of a Brazil-France cooperation agreement between the École des Mines d'Albi-Carmaux and the Polytechnic School of Engineering of the University of Sao Paulo (EPUSP). It aims to contribute to the study of the mechanical behaviour of Ti6Al4V alloys especially in terms of superplastic forming. The general objective of this research is to develop non-conventional forming processes for new titanium alloys applied to aerospace components. Therefore, in accordance of the equipment’s available in the two groups, the work will be conducted either at the Ecole des Mines d'Albi-Carmaux and either at EPUSP. This thesis aims to answer questions such as what are the implications in relation to the microstructural and mechanical behaviour of these alloys during superplastic and hot forming in order to establish a behaviour law for these alloys based on titanium. This requires a good knowledge of the properties of materials used in the superplastic and hot forming domain to control the parameters governing the phenomenon of superplasticity or high temperature plasticity. For this, a testing strategy and characterization methodology of those new titanium alloys was developed. The tests include high temperature uniaxial tensile tests on several Ti6Al4V alloys showing different initial grain sizes. Special focus was made on the microstructural evolution prior to testing (i.e. during specimen temperature increase and stabilization) and during testing. Testing range was chosen to cover the hot forming and superplastic deformation domain. Grain growth is depending on alloy initial microstructures but also on the duration of the test at testing temperature (static growth) and testing strain rate (dynamic growth). After testing microstructural evolutions of the alloys will be observed by optical micrograph or SEM and results are used to increase behaviour model accuracy. Advanced unified behaviour models where introduced in order to cover the whole strain rate and temperature range: kinematic hardening, strain rate sensitive and grain growth features are included in the model. In order to get validation of the behaviour model, it was introduced in ABAQUS numerical simulation code and model predictions (especially macroscopic deformation and local grain growth) were compared, for one of the material investigated, to axisymmetric inflation forming tests of sheet metal parts, also known as bulge test. To obtain a simple control cycle, tests performed at IPT/LEL laboratory in San José Dos Campos in Brazil were operated with a constant strain rate. Results show a very good correlation with predictions and allows to conclude on an accuracy of the behaviour models of the titanium alloys in industrial forming conditions

Dans le cas de tôles aéronautiques en TA6V, le procédé de formage superplastique (SPF) est mis en œuvre à des températures voisines de 900°C. Les outillages de formage réalisés en aciers réfractaires moulés, sont soumis à des contraintes thermomécaniques très sévères susceptibles de provoquer leur endommagement. L'objectif de l'étude est de sélectionner des procédés de rechargement et de soudage utilisés pour réparer ces outillages et de caractériser les rechargements d'un point de vue microstructural et mécanique. Les paramètres de soudage et de remplissage sont optimisés afin de garantir la meilleure qualité des rechargements réalisés. L'influence des paramètres liés au procédé de rechargement et aux matériaux utilisés, sur la propension des aciers moulés à fissurer en cours de soudage, est étudiée. Ces analyses sont conduites d'une manière qualitative sur des macrographies en coupe et quantitative en utilisant la technique de traitement d'images. Pour des rechargements de fortes profondeurs, les techniques de refusion de surface et de beurrage ont été développées. Les performances mécaniques des structures réparées sont évaluées par des essais de fatigue oligocyclique. Le comportement mécanique des éprouvettes rechargées est également analysé à l'aide de la simulation numérique
Superplastic forming (SPF) of TA6V aeronautical sheets is performed at temperatures close to 900°C. Forming tools, manufactured with heat resistant cast steels, are exposed to highly severe thermomechanical stress likely to cause their damage. The purpose of this study is to develop weld repair techniques for SPF dies and to characterize the weld joints using microstructural investigations and mechanical testing. The parameters of welding and filling are optimized in order to guarantee the best quality of the welded zone. The influence that parameters related to the weld repair process and the materials used, have on the propensity of the cast steels to crack during welding, is investigated. These analyses are performed on the macrographs of the welded zone and also using image analysis technique. For the very deep groove, two weld repair techniques are developed, the surface remelting of the material and the buttering. The mechanical performances of the repaired structures are evaluated using low cycle fatigue tests. The mechanical behaviour of the weld repair joints is also investigated using numerical simulation

Le procede associant forgeage a chaud et decrepitation a l'hydrogene, s'inscrit dans la perspective de commercialiser prochainement et a un prix raisonnable, des poudres anisotropes et coercitives de neodyme-fer-bore pour aimants lies. Le forgeage a chaud est utilise sur l'alliage semi-solide, pour la premiere fois et avec succes dans la gamme des tres grandes vitesses de deformation (superieures a 100 par seconde) pour fabriquer un aimant massif. La coercitivite est issue de la reduction de taille des grains de phase magnetique neodyme deux-fer quatorze-bore. L'anisotropie magnetique provient d'une texture de fibre des axes c (axes de facile aimantation) de ces grains, selon la direction de forgeage, etudiee par diffraction neutronique. La decrepitation a l'hydrogene est un broyage chimique de l'aimant massif pour produire une poudre aux proprietes identiques. Une etude de la rheologie correle ensuite les proprietes d'aimant de l'alliage a son comportement mecanique a travers quatre parametres influents : la fraction volumique de liquide, la temperature de forgeage, la vitesse de deformation et la deformation finale. En elargissant l'etude aux plus faibles vitesses, deux regimes de deformation sont mis en evidence. La phase magnetique presente une transition de l'etat fragile a l'etat ductile, entre 900 et 1000 degres celsius accompagnee d'une augmentation de l'anisotropie magnetique de l'aimant et d'une diminution de la coercitivite. Les meilleurs aimants, de produit energetique de 191 kilojoules par metre cube sont obtenus a l'etat fragile. Par un controle precis des traitements d'hydruration et de desorption de l'hydrogene sous vide, a haute temperature, les proprietes du precurseur massif sont restaurees dans la poudre, ouvrant ainsi la voie a un procede combine dont la faisabilite industrielle est demontree dans cette etude, sur des lopins forges de 2. 3 kilogrammes.

Les travaux présentés ici concernent les échanges de chaleur entre une tôle métallique et un moule en béton réfractaire ou en acier inoxydable sont abordés pour des températures comprises entre 600 et 1000°C, voire plus. Ces échanges sont décomposés en deux étapes : une phase d’approche sans contact dite radiative qui nécessite la détermination des propriétés radiatives des solides en présence puis une phase avec contact : détermination d’une Résistance Thermique de Contact (ou « RTC ») à haute température. Pour décrire ces deux étapes, deux nouveaux moyens expérimentaux ont été étudiés et développés :a) Un banc de mesure directe de l’émissivité à chaud a été développé afin d’étudier la phase sans contact. Une enceinte elliptique utilisant le principe d’un four à images a permis d’obtenir des températures élevées (jusqu’à 1250°C) ainsi que des vitesses de chauffe élevées (>11°C/s) sur les échantillons à caractériser. Une instrumentation permettant de réaliser des mesures d’émissivité spectrale et totale a également été développée. La méthodologie de mesure a été validée en choisissant le platine comme matériau de référence, de par sa bonne stabilité chimique, la faible dépendance de ses propriétés avec la température et des propriétés bien documentées. L’émissivité du TA6V et de l’Inconel 625 en fonction de la température ([600 ; 1000]°C) et du temps de chauffage (jusqu’à 5 heures) a ensuite été étudiée. b) Le développement d’un banc de mesure de la RTC à haute température a permis quant à lui d’étudier la phase avec contact. Ce moyen a pour objectif de mesurer la RTC entre des couples de matériaux métal/métal (TA6V ou Inconel 625 /Inox 310) ou métal/céramique (TA6V ou Inconel 625 /Béton réfractaire) pour des pressions allant jusqu’à 4MPa. L’approche adoptée a été de disposer une pastille métallique représentant la tôle (TA6V ou Inconel 625) entre deux barreaux représentant l’outil (Inox 310 ou béton réfractaire), eux-mêmes, amarrés à une machine de traction. Le chauffage a été réalisé en introduisant le barreau supérieur dans un four résistif porté à 1000°C maximum. L’instrumentation du barreau inférieur a permis de déterminer le flux de chaleur conductif traversant ainsi que sa température de surface, ce qui a permis de mesurer la RTC sur une gamme thermique comprise entre 450 et 800°C et une gamme de pression de contact comprise entre 0,1 et 4MPa. Les résultats obtenus à l’aide de ces deux bancs peuvent être intégrés dans des simulations numériques de formage, pour calculer des recettes de lampes. Ces valeurs ont conduit au formage réussi de de 4 tôles successives en TA6V avec de bonnes conformités géométriques et microstructurales
The present work deals with the high temperature heat transfers involved in sheet/die contact within hot forming processes. The investigated heat ranges lie between 600°C and 1000°C while the study materials are namely TA6V and Inconel 625 (for the sheet) and AISI 310 stainless steel and refractory concrete (for the die). Under such industrial configuration, the heat transfers can be split in two steps: i) a gap closing phase during which the radiative property of the contact pair prevail and ii) a solid contact phase during which the conductive properties are involved and more precisely the thermal contact resistance (TCR). This twostep approach allows a separate investigation of both phenomena which are herein studied by the mean of two dedicated experimental means: a) The gap closing phase is studied through an emissivity measurement setup dedicated to high temperature. The chosen setup is inspired from elliptical oven setups. Its features include a heating rate over 11°C/s and a maximal in-service temperature of 1250°C. The related measurement instruments selection and design are also part of the presented work. The metrological aspects along with the uncertainty quantification are performed through the use of a reference material: pure platinum. This latter has proven worthy by its ability to sustain very high temperature while remaining free from oxidation. In addition, platinum’s optical properties are well documented throughout the scientific literature which provides solid comparisons with other published results. Finally, the construction of an emissivity database is presented for the two sheet materials of the study: TA6V and INCONEL 625. b) The solid contact phase is studied through a second tailor made experimental setup dedicated to TCR measurements. The proposed features include the ability to study metal contact pair (AISI 310 vs. TA6V/INCONEL 625) or ceramic vs. metal contact (Concrete vs. TA6V/INCONEL 625) for temperature as high as 800°C. The whole setup can be inserted within a classical tensile device in order to load the contact interfaces at stress levels similar to those involved in metal forming processes (here up to 4MPa). In practice, a circular sample cut from the studied sheet metals is clasped in between two cylindrical bars made of AISI 310 or concrete. The upper bar is then heated up by the mean of a resistive oven in order to generate a directional heat flux throughout the material interfaces. A suited measurement instrumentation then allows the assessment of the TRC for each contact pair for temperature ranging from 450°C to 800°C and pressure ranging from 0.1MPa to 4MPa. The results obtained from these two setups have built up a material database that was then use to simulate industrial hot forming operations. The process parameters retrieved from these simulation were used as input in an actual forming process and has led to the successful manufacturing of four parts all of which satisfying the quality requirements in term of geometry and microstructure

Les relations entre les gammes thermomecaniques et les microstructures des alliages de titane sont encore insuffisament connues. Ce travail se propose d'ameliorer la connaissance des etats structuraux resultant du forgeage beta et de ceux resultant de la transformation beta vers alpha-beta ulterieure. Les influences des deux parametres taux et vitesse de deformation sur les evolutions microstructurales et texturales se produisant lors du forgeage ainsi que de la transformation beta/alpha sont systematiquement explorees. Les evolutions texturales mettent en evidence une augmentation de la composante <111> lorsque la vitesse de deformation augmente. Les mecanismes qui president a la formation des microstructures de deformation ont ete mis en evidence. Aux fortes vitesses de deformation, le dentellement des joints par sibm et la desorientation des parois par recristallisation continue sont a l'origine de la formation des nouveaux grains. Les nouveaux grains ont toujours une orientation qui peut etre reliee a celle des grains parents et l'orientation <111> des grains initiaux est favorable a la germination. La formation de petits grains aux ex-joints beta entre deux taux de deformation 0. 25 et 1. 5 provoque une augmentation de la densite de joints et de la valeur de la desorientation moyenne. Cette germination induit une hausse du nombre de sites de germination et donc une acceleration de la cinetique de precipitation beta/alpha ulterieure entre deux taux de deformation 0. 25 et 1. 5. Aux faibles vitesses de deformation, la stabilite des microstructures du fait de l'intervention des mecanismes de restauration et de migration des parois est responsable de la non influence du taux de deformation sur les cinetiques de precipitation. A faible taux de deformation, lorsque la vitesse de deformation augmente, entre 10#-#1 et 10#-#3 s#-#1 la cinetique de precipitation augmente ; ceci est relie a l'efficacite des joints et a la densite des sous-joints qui augmentent avec la vitesse de deformation. A fort taux de deformation, entre 10#-#1 et 10#-#3 s#-#1 l'augmentation du nombre de sites de germination s'ajoute aux deux autres facteurs cites pour accroitre la cinetique de facon plus accusee

La compression isostatique a chaud (cic) d'une poudre de 316ln est apparue une solution avantageuse pour la mise en forme de pieces en acier inoxydable austenitique du circuit primaire des reacteurs a eau pressurisee (rep). Dans le cadre de cette application, cette these a developpe la modelisation du procede. Dans un premier temps, les lois de comportement viscoplastiques du materiau de moule (acier 304l) et de la poudre d'acier 316ln ont ete determinees experimentalement entre 800 et 1125c par des essais de compression simple et de compression isotrope en palier de pression. Des essais isotropes complementaires a pression variable et/ou a temperature inferieure a 700c ont permis de completer la loi viscoplastique d'abouaf par une contribution plastique independante du temps. Ce modele a deux deformations inelastiques decrit alors la densification de la poudre de 316ln de 20 a 1125c pour des vitesses de mise en pression et de chauffage variees. Enfin, l'ensemble des parametres viscoplastiques, complete par une recherche bibliographique sur les proprietes thermiques et elastiques des materiaux mis en oeuvre, a ete introduit dans le code de calcul precad developpe au cea/cerem. La mise en forme d'une piece de validation axisymetrique ainsi que celles de deux pieces tridimensionnelles ont ete simulees. Ces pieces ont par ailleurs ete fabriquees et les mesures dimensionnelles ont ete alors comparees aux resultats des calculs 2d et 3d. Pour toutes ces pieces, les deformations sont prevues par la modelisation.

Les attentes pour les prochaines générations de batteries pour le véhicule électrique sont grandes, que ce soit en termes d’autonomie, d’impact environnemental, de vitesse de charge et de coût. Les systèmes dits tout solide comprenant un électrolyte, non plus liquide, mais solide et non-inflammable pourrait répondre à ces attentes.La céramique de type grenat Li7La3Zr2O12 (LLZO) est un électrolyte solide prometteur au vue de sa bonne conductivité, stabilité chimique et électrochimique. La contrainte majeure réside dans le besoin de densifier la céramique à haute température afin de la rendre conductrice. Aucune méthode standard d’assemblage/mise en forme n’existe pour obtenir une cellule tout solide dense avec des interfaces peu résistives.Dans cette optique, les travaux de thèse ont permis d’optimiser le protocole de synthèse par voie « tout solide » de l’oxyde LLZO et sa mise en forme grâce à la technique de compression uniaxiale à chaud (CUC). Les conditions d’assemblage de cellules symétriques Li/LLZO/Li ont permis d’étudier l’interface Li-métal/LLZO et son impact sur la dissolution/redéposition du lithium. La faisabilité de densifier une « demi-cellule » (cathode composite/LLZO) en une seule étape a également été étudiée en ajustant les paramètres de température et pression du protocole de CUC
Next generation batteries expectations for electric vehicle are significant, whether in terms of autonomy, environmental impact, charging speed and cost. The all solid-state batteries with a non-flammable solid electrolyte, rather than the conventional liquid one, could meet those criteria.Garnet-type ceramic Li7La3Zr2O12 (LLZO) is a promising solid electrolyte given its good Li-ion conductivity, chemical and electrochemical stability. The major constraint is the need to densify the ceramic at high temperature in order to make it conductive. No standard method exists to build a dense all-solid cell with low interfacial resistance.In this context, the PhD work managed to optimize the solid-state synthesis protocol of the LLZO oxide and his densification by the hot-pressing technique. The conditions of symmetrical Li/LLZO/Li cell assembly allowed to study the Li-metal/LLZO interface and its impact on lithium plating/striping behavior. Feasibility of densifying a “half-cell” (composite cathode/LLZO) in one single step was also studied by adjusting the hot-pressing temperature and pressure parameters

Analyse par microscopie électronique à transmission de l'évolution structurale des alliages Ni-4%atsi et Ni-6%atge sollicités en traction-compression. Analyse de l'évolution des grains, des sous-grains, des réseaux de dislocation formés au cours de la fatigue, des agglomérations de lacunes ou d'interstitiels avec formation de cavités ou de précipités.

Le matériau principal de cette étude est l’acier inoxydable austénitique 316L(N) (X2CrNiMo17-12-2 à teneur en azote contrôlée) envisagé dans la conception de la cuve et des structures du circuit primaire des futurs réacteurs de quatrième génération refroidis au sodium. Pour assembler des composants de forte épaisseur, il faut réaliser des soudages multipasses avec métal d'apport. Lors du soudage, il a parfois été constaté des défauts de fissuration à chaud de solidification au refroidissement dans la zone pâteuse, près du bain de fusion. Ces fissures sont des décohésions du matériau apparaissant à haut température le long des joints de grains lorsque la déformation dépasse un seuil critique. Il est donc nécessaire de prévenir ce risque en utilisant un critère de fissuration à chaud. L'approche utilisée dans cette étude est double : développer un essai de fissuration à chaud à chargement extérieur, puis simuler numériquement ces expériences pour déterminer un seuil critique en déformation en utilisant un critère proposé par Kerrouault. Une version améliorée d’un essai de fissuration à chaud (Controlled Restraint Weldability (CRW) test) a été proposé dans cette étude afin d'analyser la susceptibilité à la fissuration de solidification du matériau 316L(N) et d’un métal d'apport de nuance Thermanit 19-15H. L'objectif de ce test est, en fonction de l'intensité du chargement extérieur, d'amorcer une fissure dans un régime thermique établi, puis d’arrêter la propagation de cette fissure si les conditions thermomécaniques locales sont remplies. Le modèle de comportement du matériau choisi est une loi élasto-visco-plastique à écrouissage mixte. Des essais thermomécaniques sur un simulateur Gleeble ont été réalisés à haute température afin d'identifier et d’améliorer la loi de comportement du matériau 316L(N). Le grossissement des grains dans la zone affectée thermiquement a été modélisé et intégré dans ce modèle. Les intervalles de fusion et de solidification du matériau 316L(N) ont été déterminés par des essais ATD (Analyse Thermique Différentielle). Des analyses des microstructures de solidification ont été également menées afin de mieux comprendre le phénomène de fissuration à chaud. Certains essais CRW ont ensuite été modélisés et simulés par éléments finis en utilisant les logiciels Cast3M et Abaqus afin valider le critère de fissuration à chaud et de déterminer un seuil critique de fissuration pour l'acier 316L(N)
The austenitic stainless steel AISI 316L(N) (X2CrNiMo17-12-2) with controlled nitrogen content is widely used for manufacture of vessel and primary circuit structures of the 4th Generation sodium- cooled fast reactors. Multi-pass welds with an appropriate filler metal is used to assemble thick components. Solidification cracks may occur in the mushy zone near the melting weld poor during solidification when a liquid film is distributed along grains boundaries and interdendritic regions and the shrinkage strains across the boundaries cannot be accommodated. It is therefore necessary to prevent this defect using a hot cracking criterion. The approach used in this study is to initiate experimentally a hot crack by a weldability test, and then to simulate these tests to identify a critical strain using a hot crack criterion for the prediction of solidification cracking. Therefore, a hot cracking test (Controlled Restraint Weldability (CRW) test) is proposed in the present study to analyze the susceptibility to hot cracking for base metal 316L(N) and its filler metal 19-15H Thermanit grade. This test is designed to initiate a hot crack in thermal steady state, and then to stop the crack once the local thermomechanical conditions are met. The initiation and stop of the crack depend on external mechanical preload. The material constitutive equations chosen for the material is a visco-plastic model with isotropic and kinematic hardening. The Gleeble thermomechanical tests have been performed at high temperature in order to identify material parameters. The increase of the grain size in the thermally affected zone was modeled and integrated into constitutive equations. The temperature range of melting and solidification of 316L(N) were determine by using the Differential Thermal Analysis (DTA). The analysis of the solidification microstructures were also carried out in order to better understand the phenomenon of hot cracking. Some CRW tests were then simulated by finite element method using the Cast3M and Abaqus software in order to valid the hot cracking criterion and to determine a thermomechanical criterion of hot cracking for 316L(N)

Les aciers TWIP (TWinning Induced Plasticity) à haute teneur en manganèse sont particulièrement prometteurs pour les applications automobiles de par leur excellent compromis entre résistance mécanique et ductilité. Cependant, la microstructure austénitique leur confère une sensibilité à la fragilisation par le zinc liquide durant les procédés de soudage ; le zinc liquide provenant de la fusion du revêtement résultant de l’élévation de température à la surface de l’acier. Dans cette étude, la fissuration d’un acier austénitique à haute teneur en manganèse a été étudiée en rapport avec le phénomène de fragilisation par les métaux liquides par des essais de traction à chaud réalisés sur des éprouvettes électrozinguées au moyen d’un simulateur thermomécanique Gleeble 3500. L’influence de nombreux paramètres tels que la température et la vitesse de déformation sur la fissuration a été étudiée. La fragilisation apparaît dans un domaine de température limité qui dépend des conditions expérimentales. Les conditions pour lesquelles la fissuration apparaît peuvent être rencontrées durant les procédés de soudage. L’existence d’une contrainte critique pour laquelle la fissuration apparait a été mise en évidence et celle-ci peut être utilisée comme critère de fissuration. Enfin, l’étude de l’influence de différents paramètres tels que le temps de contact entre l’acier et le zinc liquide avant l’application des contraintes, le revêtement et l’acier sur l’apparition de la fragilisation apporte des éléments de compréhension du mécanisme de fissuration et permet de proposer des solutions pour éviter la fissuration durant le soudage par point de l’acier étudié
High manganese TWIP (TWinning Induced Plasticity) steels are particularly attractive for automotive applications because of their exceptional properties of strength combined with an excellent ductility. However, as austenitic steels, they appear to be sensitive to liquid zinc embrittlement during welding, the liquid zinc arising from the melted coating due to the high temperatures reached during the welding process. In this framework, the cracking behaviour of a high manganese austenitic steel has been investigated in relation to the liquid metal embrittlement (LME) phenomenon by hot tensile tests carried out on electro-galvanized specimens using a Gleeble 3500 thermomechanical simulator. The influence of different parameters such as temperature and strain rate on cracking behaviour has been studied. Embrittlement appears within a limited range of temperature depending on experimental conditions. Conditions for which cracking occurs could be experienced during welding processes. The existence of a critical stress above which cracking appears has been evidenced and this critical stress can be used as a cracking criterion. Finally, the study of the influence of different parameters such as time of contact between steel and liquid zinc before stress application, coating and steel on LME occurrence provides understanding elements of LME mechanism and permits to suggest solutions for preventing cracking during spot welding of such steels

Un modèle dynamique est construit pour simuler les mécanismes de transfert de chaleur apparaissant dans un four de maintien et de refonte de l'aluminium. Le modèle est construit en tenant compte des différents modes opératoires rencontrés sur un tel four. L'équation de l'énergie est solutionnée à une dimension pour les différentes composantes du four. La méthode de zones est utilisée pour le transfert de l'énergie par radiation dans la chambre de combustion. De plus, pour le métal, la fonte du solide est solutionnée par la méthode de l'enthalpie couplée à la définition de la transformée de Kirchhoff de la conductivité thermique. Un écoulement frontal est admis pour les gaz dans la chambre de combustion. L'équation du mouvement n'est pas solutionnée pour le métal liquide. La convection forcée est représentée par une fonction de brassage calibrée expérimentalement. Deux (2) sous-modèles sont construits pour prédire 1'émissivité de surface du métal et des réfractaires. Les équations différentielles partielles sont intégrées par la méthode des différences finies d'Euler-Cauchy. La validation expérimentale du modèle est faite pour un four d'aluminium basculant de soixante-dix (70) tonnes. Finalement, le modèle est utilisé pour la recherche d'un mode opératoire plus économe en combustible. Par la suite, une fonction de coûts à minimiser, définie comme le rapport de la consommation spécifique sur le taux de refonte, a montré qu'il existe un débit optimal du combustible situé près de 350 m3/h.