Etude de l'endommagement en fatigue d'alliages d'aluminium brasés pour échangeurs thermiques automobiles PDF Download
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Author: Aurélien Buteri
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Languages : fr
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Book Description
L'automobile nécessite l'utilisation d'échangeurs thermiques permettant d'assurer au moteur des conditions de fonctionnement en température acceptables (autour de 90°C). La fiabilité de ces échangeurs ne peut être négligée car ils peuvent être à l'origine de complications mécaniques importantes en cas de dysfonctionnement. La maîtrise des divers modes d'endommagement des échangeurs thermiques liés aux conditions d'utilisation devient dès lors un enjeu incontestable pour les industriels en charge de leur production, tant du point de vue matériaux, que du comportement général de la structure en service (influence du procédé d'assemblage, design,...). Les échangeurs thermiques présentent aujourd'hui une sensibilité accrue aux sollicitations thermomécaniques cycliques induites en service, du fait, essentiellement, d'une constante diminution des épaisseurs des composants. Celle-ci est responsable d'une augmentation significative des contraintes internes pour des conditions en service identiques, pouvant avoir pour conséquence directe et irréversible la rupture d'un tube, témoin d'une incompatibilité matière/design/process. Deux configurations matières industrielles ont ici été étudiées. Il s'agit de structures tri-couches colaminées de type tube, constituées respectivement de deux et trois alliages d'aluminium distincts (4xxx/3xxx/4xxx ou 4xxx/3xxx/7xxx), pour une épaisseur totale de 270μm. Ces dernières ont été développées pour permettre l'utilisation du procédé de brasage comme procédé d'assemblage (alliage 4xxx). Toutefois, une telle architecture, combinée à un procédé thermique d'assemblage sévère (600°C), est responsable d'une modification profonde de la microstructure avec l'apparition de structures de solidification, responsables entre autres de nombreuses irrégularités de surface (appelées Gouttes de Placage Résiduelles - GPR) ainsi que d'importants gradients de propriétés mécaniques dans l'épaisseur. Ces travaux de recherche s'appuient sur une approche expérimentale et numérique développée pour étudier les mécanismes d'endommagement en fatigue relatifs à de telles structures fines hétérogènes. Associant diverses techniques expérimentales telles que la corrélation d'images numériques (2D-3D) ou la tomographie à rayons X (de laboratoire ou à l'ESRF), elle permet une analyse précise des mécanismes d'amorçage et de propagation des fissures de fatigue (sur éprouvette de fatigue classique ou de type échangeur thermique). Le rôle des différents placages dans chacune des phases de l'endommagement a ainsi été mis en évidence (4xxx : amorçage, 7xxx : propagation des fissures). Des simulations par la méthode des éléments finis nous ont permis de compléter ces observations en proposant une quantification précise de l'influence de l'état de surface (GPR) sur la tenue en fatigue des éprouvettes testées. Enfin, des essais de fatigue réalisés directement sur échangeurs thermiques ont permis de corroborer les résultats obtenus sur éprouvettes modèles.
Author: Aurélien Buteri
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L'automobile nécessite l'utilisation d'échangeurs thermiques permettant d'assurer au moteur des conditions de fonctionnement en température acceptables (autour de 90°C). La fiabilité de ces échangeurs ne peut être négligée car ils peuvent être à l'origine de complications mécaniques importantes en cas de dysfonctionnement. La maîtrise des divers modes d'endommagement des échangeurs thermiques liés aux conditions d'utilisation devient dès lors un enjeu incontestable pour les industriels en charge de leur production, tant du point de vue matériaux, que du comportement général de la structure en service (influence du procédé d'assemblage, design,...). Les échangeurs thermiques présentent aujourd'hui une sensibilité accrue aux sollicitations thermomécaniques cycliques induites en service, du fait, essentiellement, d'une constante diminution des épaisseurs des composants. Celle-ci est responsable d'une augmentation significative des contraintes internes pour des conditions en service identiques, pouvant avoir pour conséquence directe et irréversible la rupture d'un tube, témoin d'une incompatibilité matière/design/process. Deux configurations matières industrielles ont ici été étudiées. Il s'agit de structures tri-couches colaminées de type tube, constituées respectivement de deux et trois alliages d'aluminium distincts (4xxx/3xxx/4xxx ou 4xxx/3xxx/7xxx), pour une épaisseur totale de 270μm. Ces dernières ont été développées pour permettre l'utilisation du procédé de brasage comme procédé d'assemblage (alliage 4xxx). Toutefois, une telle architecture, combinée à un procédé thermique d'assemblage sévère (600°C), est responsable d'une modification profonde de la microstructure avec l'apparition de structures de solidification, responsables entre autres de nombreuses irrégularités de surface (appelées Gouttes de Placage Résiduelles - GPR) ainsi que d'importants gradients de propriétés mécaniques dans l'épaisseur. Ces travaux de recherche s'appuient sur une approche expérimentale et numérique développée pour étudier les mécanismes d'endommagement en fatigue relatifs à de telles structures fines hétérogènes. Associant diverses techniques expérimentales telles que la corrélation d'images numériques (2D-3D) ou la tomographie à rayons X (de laboratoire ou à l'ESRF), elle permet une analyse précise des mécanismes d'amorçage et de propagation des fissures de fatigue (sur éprouvette de fatigue classique ou de type échangeur thermique). Le rôle des différents placages dans chacune des phases de l'endommagement a ainsi été mis en évidence (4xxx : amorçage, 7xxx : propagation des fissures). Des simulations par la méthode des éléments finis nous ont permis de compléter ces observations en proposant une quantification précise de l'influence de l'état de surface (GPR) sur la tenue en fatigue des éprouvettes testées. Enfin, des essais de fatigue réalisés directement sur échangeurs thermiques ont permis de corroborer les résultats obtenus sur éprouvettes modèles.
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Publisher: Gruppo Italiano Frattura
ISBN: 889594044X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 1170
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Book Description
Author: Medhi Salem
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 246
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Book Description
Dans les conditions industrielles comme dans les essais de laboratoire, l'endommagement des aciers à outils de mise en forme à chaud, en particulier en fonderie sous pression d'aluminium, se fait par un couplage complexe entre Fatigue Thermique (FT) et mécanismes de dégradation sous l'effet de l'environnement. En effet, à partir de 500 °C sous air ambiant, une couche d'oxyde de fer duplex, constituée d'une partie interne riche en chrome et d'une partie externe pauvre en chrome, se forme sur la surface de l'acier. Par ailleurs, lors du contact avec l'alliage d'aluminium en fusion, l'interaction entre l'aluminium et le fer entraîne la croissance d'une couche intermétallique polyphasée. Nous avons développé une approche expérimentale consistant à découpler les sollicitations afin d'étudier les différents mécanismes d'endommagement de manière distincte ainsi que sous conditions complexes. Un essai de corrosion dans un bain fondu a permis d'étudier l'aluminisation entre l'alliage d'aluminium AlSi9Cu3 et l'acier à outil X38CrMoV5, en conditions statique et isotherme. L'évolution de l'épaisseur totale de la couche intermétallique, régie par la diffusion, est considérablement influencée par les phénomènes de dissolution notamment au-delà de 650 °C. D'autre part, un banc d'essai de FT par induction, travaillant sous différentes atmosphères et pressions partielles d'oxygène, a permis d'étudier les effets de l'oxydation. Des éprouvettes axisymétriques en forme de disque, vierges ou pré-aluminisées, ont été soumises à différents cycles thermiques (Tmin = 100 °C, Tmax de 550 à 650 °C à l'extrémité de l'éprouvette), avec une vitesse de chauffage constante (420 °C.s-1). À 550 °C, l'endommagement se fait par écaillage cyclique de la couche d'oxyde ; aucune macro-fissuration n'est observée jusqu'à 400 000 cycles. Au delà de cette température, lorsque la couche superficielle est compacte et adhérente, elle subit d'abord une micro-fissuration périodique et parallèle. À partir de ce réseau de " faïençage uni-axial ", plusieurs fissures macroscopiques se propagent successivement dans l'acier. En revanche, en l'absence de couche superficielle compacte, on n'obsreve pas de micro-fissuration préalable et les macro-fissures apparaissent simultanément lorsque la dureté de l'acier atteint un seuil d'adoucissement critique. La propagation des macro-fissures à l'échelle macroscopique se fait en mode I perpendiculairement à l'axe ortho-radial. Les macro-fissures atteignent des profondeurs différentes en fonction de leur nombre. Une analyse thermique et thermo-mécanique par éléments finis utilisant des lois de comportement " thermo-élasto-plastique " (EP) et " thermo-élasto-visco-plastique " (EVP) a été réalisée. Elle a montré que le choix du modèle est sans conséquence si le critère de durée de vie est basé sur l'amplitude de contrainte. Par contre, le modèle EVP se révèle plus adapté lorsque d'autres paramètres sont considérés (comme la contrainte maximale pour l'estimation de l'amorçage), car il tient compte des effets liés au temps (vitesse de sollicitation et évolution microstructurale). Le concept de la mécanique linéaire de la rupture a été utilisé pour modéliser les cinétiques de fissuration. Le Facteur d'Intensité de Contrainte (FIC) a été calculé en utilisant la fonction de poids développée par Bueckner. L'ouverture résiduelle des fissures mesurée à froid a permis de valider le calcul de FIC.
Author: Bruno Barlas (ingénieur).)
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Category :
Languages : fr
Pages : 300
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Book Description
CETTE ETUDE A POUR BUT DE DETERMINER L'INFLUENCE DE LA COMPOSITION CHIMIQUE ET DU TRAITEMENT THERMIQUE D'ALLIAGES D'ALUMINIUM DE FONDERIE AL-SI-CU-MG SUR LEUR COMPORTEMENT ET LEUR DUREE DE VIE EN FATIGUE. L'APPLICATION INDUSTRIELLE DE CETTE ETUDE CONCERNE LES CULASSES DE MOTEURS DIESEL A HAUT RENDEMENT, POUR LES SOCIETES RENAULT ET MONTUPET. LES MOYENS MIS EN ŒUVRE SONT A LA FOIS MICROSCOPIQUES (MET, MICRODURETE, ANALYSE D'IMAGE), MECANIQUES (ESSAIS LCF ET ANISOTHERMES, MACRODURETE) ET NUMERIQUES (SIMULATION DE LA STABILITE DES PHASES DURCISSANTES, IDENTIFICATION DU MODELE DE COMPORTEMENT ET D'ENDOMMAGEMENT, APPLICATION AU CALCUL DE LA DUREE DE VIE DE LA CULASSE). LE LIEN ENTRE LES PARTIES MICRO ET MACRO EST REALISE AU TRAVERS D'UNE VARIABLE INTERNE MICROSCOPIQUE DE VIEILLISSEMENT BASEE SUR LA CROISSANCE/COALESCENCE DE LA PRECIPITATION ET IMBRIQUEE DANS LE MODELE MACROSCOPIQUE.
Author: Séverin Tierce
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Languages : fr
Pages : 190
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Book Description
La représentativité des tests de corrosion est un sujet récurrent dans les études de durabilité des matériaux. Le travail s’est intéressé aux alliages d’aluminium brasés AA4343/AA3003 /AA4343 utilisés pour la fabrication des échangeurs thermiques automobiles. Leur structure métallurgique et leurs mécanismes de dégradation en corrosion ont été étudiés. L’étape d’initiation dans le placage resolidifié a été associée à des interactions entre les particules de phase ®¡Al(Mn; Fe)Si et l’aluminium. Un couplage galvanique entre la couche noble que constitue le placage résiduel et le matériau de cœur induit ensuite une propagation caverneuse. L’influence de la composition de l’électrolyte et de la température a été évaluée. L’utilisation d’un antigel dégradé synthétique à pH neutre, contenant 10 % d’éthylène glycol, des chlorures (354 ppm) et des glycolates (500 ppm) permet d’obtenir des faciès de corrosion comparables à ceux générés en service.
Author: André Ebel (docteur en Science et Génie des Matériaux).)
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Dans un contexte général de réduction de la pollution atmosphérique, l'industrie automobile cherche à augmenter le rendement des moteurs thermiques pour en limiter la consommation et les émissions. Pour satisfaire cet objectif, les températures de combustion sont en constante augmentation, ce qui entraîne une augmentation de la sollicitation thermique de la face d'échappement de ces moteurs. Ces pièces n'étant pas refroidies, elles sont exposées à des températures toujours plus élevées, ce qui nécessite une durabilité à haute température accrue des matériaux. Cette thèse a pour objectif d'évaluer la durabilité des pièces de fonderie de la face échappement telles que les collecteurs, corps de turbine ou turbo collecteurs réalisées en fonte GSSiMo+ et en acier inoxydable moulé 1.4826Nb à des températures supérieures à leur température maximale actuelle d'utilisation. Une première étape a porté sur l'effet de la vapeur d'eau sur l'oxydation de la surface pendant des traitements thermiques continus et cycliques et sur l'évolution associée de la microstructure. La seconde étape a porté sur l'effet de ces traitements thermiques sur les propriétés mécaniques à température ambiante. Enfin, un montage de fatigue thermomécanique par dilatation différentielle entre un support en carbure de silicium et une éprouvette métallique en V a été conçu pour être utilisé sur un banc d'oxydation cyclique sous atmosphère contrôlée afin d'étudier les mécanismes de fissuration et d'endommagement en fatigue thermomécanique ainsi que l'effet de l'environnement sur l'initiation de fissures dans ces conditions. L'augmentation de la température maximale des cycles thermiques appliqués de 700 à 800°C pour la fonte GS SiMo+ et de 850 à 950°C pour l'acier 1.4826Nb a pour principale conséquence une accélération de la perte de section par oxydation et une diminution des propriétés mécaniques du fait de l'évolution de la microstructure. Cette perte de section paroxydation est fortement accélérée en présence de vapeur d'eau. Les essais préliminaires réalisés avec le montage de fatigue thermomécanique ont permis de valider son dimensionnement et de mettre en avant les cycles thermomécaniques pour lesquels l'initiation et la propagation de fissures étaient les plus rapides sur des cycles 300-800°C pour la fonte et 300-950°C pour l'acier.Une plus ample campagne d'essai reste à réaliser pour évaluer les mécanismes de fissuration et l'effet de l'environnement en fonction de la température maximale.
Author: Jean-Pierre Bonnafé
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 150
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Book Description
La construction aéronautique et aérospatiale nécessite l'utilisation de matériaux alliant légèreté et hautes caractéristiques mécaniques, aussi bien en sollicitations statiques qu'en sollicitations dynamiques. Dans ce cas, l'étude de comportement en fatigue des matériaux utilisés devient très importante. Les alliages d'aluminium à haute résistance du type 2024 et 7075 répondent bien à ces critères et sont par conséquent employés dans la plupart des cas. De plus, ces alliages sont bien souvent grenaillés dans le but d'améliorer leur tenue à la fatigue. L'objet de cette recherche sera donc d'étudier simultanément les contraintes résiduelles (répartition et évolutions des macrocontraintes et des microdéformations) et la microstructure dans la peau d'éprouvettes en alliages d'aluminium, ceci afin de déterminer leurs influences respectives sur le nombre de cycles à l'amorçage. De cette recherche, on essaiera de dégager l'influence de la répartition des contraintes internes, du type de sollicitations, de la gamme de traitement de surface et par la suite, de faire intervenir un plus grand nombre de paramètres dans l'évaluation de la durée de vie résiduelle de pièces en service.
