Étude des mécanismes de plasticité lors de la mise en forme de l'alliage de titane Ti-6Al-4V PDF Download
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Author: Laurie Despax (doctorante en science des matériaux).)
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Languages : fr
Pages : 183
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Book Description
L'objectif de ce travail de thèse est de mieux comprendre l'influence de la température, de la vitesse de déformation et de la microstructure initiale sur les mécanismes de déformation mis en jeu, lors de la mise en forme à chaud de tôles d'un alliage de titane Ti-6Al-4V. Pour y parvenir, deux états microstructuraux, présentant des tailles de grains alpha différentes (2 μm-FG et 0,4 μm-UFG), ont été sollicités en traction à différentes températures (T=650°C, 750°C et 920°C) et vitesses de déformation (10-2 s-1, 2x10-3 s-1 et 10-4 s-1). Les évolutions microstructurales (fraction de phase, taille et morphologie des phases, sous-structure granulaire, orientation cristallographique des phases) ont été étudiées, à l'issue de différents taux de déformation, par des outils complémentaires de caractérisation (MEB et analyse d'image, EBSD, diffraction des rayons X et synchrotron). De plus, des essais originaux de traction en température, combinés à de la diffraction synchrotron haute énergie (PETRA III-Hambourg), ont permis de suivre in-situ l'évolution de plusieurs grandeurs cristallographiques. Des mécanismes de déformation sont ainsi proposés et discutés en fonction de la température, de la vitesse de déformation et de la microstructure initiale. Pour la microstructure FG déformée en traction à 750°C à une vitesse de déformation de 10-2 s-1, le mouvement intragranulaire de dislocations dans la phase alpha est favorisé. Une diminution de la vitesse de déformation permet une contribution additionnelle du glissement aux joints de grains probablement accommodé par le mouvement de dislocations dans la phase beta. Avec l'augmentation de la température, d'importantes modifications de fraction et de répartition spatiale des phases liées à la transformation de phases alpha-beta induisent l'activation de mécanismes majoritairement diffusifs en particulier pour une faible vitesse de déformation. Par ailleurs, l'utilisation d'une microstructure initialement ultra-fine et hétérogène présente un atout majeur pour la mise en forme SPF, en raison des modifications microstructurales induites en début d'essai (globularisation) qui conduisent à un nombre important d'interfaces bénéfiques pour la contribution de mécanismes intergranulaires (GBS). Ainsi, la microstructure UFG favorise un comportement de type superplastique à plus basse température et pour des vitesses de déformation plus importantes. L'ensemble des investigations a ainsi permis d'apporter des éléments nouveaux pour la compréhension des mécanismes de déformation contrôlant le comportement à chaud et superplastique.
Author: Laurie Despax (doctorante en science des matériaux).)
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Pages : 183
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L'objectif de ce travail de thèse est de mieux comprendre l'influence de la température, de la vitesse de déformation et de la microstructure initiale sur les mécanismes de déformation mis en jeu, lors de la mise en forme à chaud de tôles d'un alliage de titane Ti-6Al-4V. Pour y parvenir, deux états microstructuraux, présentant des tailles de grains alpha différentes (2 μm-FG et 0,4 μm-UFG), ont été sollicités en traction à différentes températures (T=650°C, 750°C et 920°C) et vitesses de déformation (10-2 s-1, 2x10-3 s-1 et 10-4 s-1). Les évolutions microstructurales (fraction de phase, taille et morphologie des phases, sous-structure granulaire, orientation cristallographique des phases) ont été étudiées, à l'issue de différents taux de déformation, par des outils complémentaires de caractérisation (MEB et analyse d'image, EBSD, diffraction des rayons X et synchrotron). De plus, des essais originaux de traction en température, combinés à de la diffraction synchrotron haute énergie (PETRA III-Hambourg), ont permis de suivre in-situ l'évolution de plusieurs grandeurs cristallographiques. Des mécanismes de déformation sont ainsi proposés et discutés en fonction de la température, de la vitesse de déformation et de la microstructure initiale. Pour la microstructure FG déformée en traction à 750°C à une vitesse de déformation de 10-2 s-1, le mouvement intragranulaire de dislocations dans la phase alpha est favorisé. Une diminution de la vitesse de déformation permet une contribution additionnelle du glissement aux joints de grains probablement accommodé par le mouvement de dislocations dans la phase beta. Avec l'augmentation de la température, d'importantes modifications de fraction et de répartition spatiale des phases liées à la transformation de phases alpha-beta induisent l'activation de mécanismes majoritairement diffusifs en particulier pour une faible vitesse de déformation. Par ailleurs, l'utilisation d'une microstructure initialement ultra-fine et hétérogène présente un atout majeur pour la mise en forme SPF, en raison des modifications microstructurales induites en début d'essai (globularisation) qui conduisent à un nombre important d'interfaces bénéfiques pour la contribution de mécanismes intergranulaires (GBS). Ainsi, la microstructure UFG favorise un comportement de type superplastique à plus basse température et pour des vitesses de déformation plus importantes. L'ensemble des investigations a ainsi permis d'apporter des éléments nouveaux pour la compréhension des mécanismes de déformation contrôlant le comportement à chaud et superplastique.
Author: Dominique Ibrahima Yameogo
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Languages : fr
Pages : 0
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Le présent travail concerne l'étude de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V, matériau très apprécié par les industries aéronautique, biomédicale et de l'énergie. Les qualités des alliages de titane sont nombreuses : haute résistance aux températures élevées et à la corrosion, haute résistance mécanique, biocompatibilité, etc. Cependant, certaines propriétés physiques de ces matériaux, comme leur faible conductivité thermique, conduisent à des difficultés lors de leur mise en forme par usinage. Des études ont été et sont toujours conduites afin de comprendre le comportement de ces matériaux lors de leur mise en forme. Peu de travaux portent sur la prise en compte de la microstructure dans le comportement des alliages de titane lors du procédé d'usinage. Cette dimension constitue l'une des originalités de ce travail de thèse. Les phénomènes microstructuraux sont caractérisés à travers une étude expérimentale en coupe orthogonale de l'alliage Ti-6Al-4V. Les efforts, la température, la morphologie des copeaux et la microstructure sont analysés et interprétés. Une étude numérique du processus de coupe par simulation éléments finis est employée pour comprendre le rôle de l'endommagement et de la recristallisation. A partir des conclusions de ces différentes études, la construction d'un nouveau modèle de comportement est proposée. Ce modèle est appliqué à une modélisation élément fini pour différentes conditions de coupe afin d'étudier l'influence des paramètres d'usinage. Le modèle est validé par comparaison aux résultats expérimentaux. Il est ensuite exploité afin de proposer une analyse du processus de la coupe et notamment de la formation du copeau.
Author: Fatna Benmessaoud
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Languages : fr
Pages : 216
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L'amélioration des performances mécaniques des matériaux utilisés dans l'aéronautique repose généralement sur la compréhension de la relation entre les paramètres microstructuraux et le comportement mécanique macroscopique. De plus, le caractère hétérogène et anisotrope de la plupart des matériaux métalliques, notamment l'alliage de titane Ti-6Al-4V, implique une étude assez approfondie à l'échelle locale. Ce travail constitue une contribution dans ce domaine. Il a pour but d'analyser le comportement mécanique de l'alliage Ti-6Al-4V soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec la microstructure. Des caractérisations microstructurales ont été tout d'abord effectuées sur des microstructures nodulaires de Ti-6Al-4V possédant la même texture cristallographique mais avec trois tailles de grain différentes : ultra fine, fine et standard, puis sur des microstructures possédant la même taille de grain mais avec deux textures différentes : forte et faible. Dans une deuxième étape, des essais mécaniques monotones et cycliques ont été réalisés. Les résultats de cette partie ont permis le développement d'un modèle à l'échelle macroscopique. Par la suite, une technique d'analyse des traces de glissement a été développée dont l'objectif est d'identifier la contribution de différents systèmes de glissement dans l'accommodation de la déformation plastique. La dernière partie de cette thèse a été consacrée au développement d'un modèle de plasticité cristalline couplé à la méthode des éléments finis (Crystal Plasticity Finite Element Method (CPFEM)) permettant d'analyser l'effet couplé de la taille moyenne des grains, leur dispersion relative et leur texture cristallographique sur le comportement obtenu aux échelles microscopique, mésoscopique et macroscopique. Les paramètres du modèle ont été identifiés en utilisant des techniques appropriées de transition d'échelles en champs moyens. Les Volumes Élémentaires Représentatifs (VER) utilisés dans le modèle ont été optimisés en considérant deux contraintes majeures : un nombre de grains représentatif et un maillage adéquat. Les simulations numériques ont été réalisées par le biais du code de calcul éléments finis Abaqus/Standard interfacé par la librairie ZMAT.
Author: Frédéric Dartigues
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Languages : fr
Pages : 139
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Cette étude concerne la précipitation "in-situ" de cristaux de monoborure de titane (TiB) au sein d'une matrice de titane ou d'un alliage pour une application aéronautique. Dans un premier temps, nous avons étudié la précipitation de TiB à partir de titane et d'alliage de titane (Ti-6Al-4V) ainsi que sa morphologie dans diverses conditions (phase solide, liquide et gaz). Il ressort que le procédé de fonderie associé au moulage en cire perdue semble être une méthode prometteuse pour l'amélioration de la résistance mécanique du titane associé au TiB. La fonderie du titane est un procédé associé (i) à des microstructures grossières et variables d'un point à l'autre, (ii) à une pollution superficielle des pièces et (iii) aux problèmes de fusion du titane (température de fusion élevée, forte réactivité vis à vis de l'atmosphère et du moule). Nous avons pu constater que l'incorporation du bore ne pose pas de problème particulier et la présence du TiB est bénéfique sur la microstructure car il diminue la taille des grains de phase alpha. L'étude du comportement mécanique en traction permet de mettre en évidence un gain de résistance. Pour une matrice de titane non allié, la résistance à la rupture et la limite d'élasticité sont doublées avec seulement 3% en volume TiB. Pour l'allliage de Ti-6Al-4V, le renforcement est moins spectaculaire que pour le titane mais demeure toutefois très intéressant et le meilleur matériau est obtenu pour 0,5% en volume deTiB. Les faciès de rupture laissent apparaître des cristaux de TiB clivés selon leur longueur. Le clivage des cristaux de TiB est à l'origine de l'initiation des fissures au sein du matériau
Author: Mahmoud Harzallah
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Languages : fr
Pages : 239
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Ce travail s'inscrit dans une stratégie d'investigation expérimentale et numérique des mécanismes d'enlèvement de la matière lors de l'usinage de l'alliage de titane Ti-6Al-4V. Il aborde un problème complexe, fortement couplé, faisant intervenir la thermique et la mécanique aux petites échelles (micrométrique). Le manque de moyens de mesure dédié à ces échelles de temps et de l'espace (phénomènes rapides et très locaux) ne permet pas, à ce jour, d'appréhender précisément les phénomènes thermomécaniques mis en jeu pendant la formation de copeau. De ce fait, un dispositif spécifique, appelé VISIR, répondant à cette problématique a été mis en place. La partie expérimentale s'est donc orientée vers une compréhension plus fine des mécanismes d'enlèvement de la matière. Elle a notamment permis de mettre en évidence l'évolution de grandeurs mécaniques et thermiques durant la formation des festons mais surtout le couplage entre la température et la vitesse de déformation. Basée sur les constatations expérimentales, une étude du comportement thermomécanique de cet alliage a été mis en place. Des essais en cisaillement dynamique à travers des éprouvettes chapeau ont permis d'identifier par méthode inverse une nouvelle loi de comportement couplée en température et en vitesse de déformation. De plus, une étude de l'endommagement s'est appuyée sur l'identification et l'évaluation de huit critères communément utilisés dans le domaine de mise en forme a permis de proposer une nouvelle loi, inspirée du critère de Tresca, couplée au comportement. L'intégralité de ces formulations couplée à un modèle de frottement Stick-Slip ont enfin été implémentés dans un modèle EF 3D. La confrontation expérimentale/numérique en termes de grandeurs mécaniques et thermiques a révélé la robustesse et l'aspect prédictif du modèle EF développé. Enfin, les résultats de cette étude ont permis de développer une discussion détaillée sur les mécanismes d'enlèvement de la matière et plus particulièrement les complexes trajet des fissurations.
Author: Benjamin Ellyson
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Languages : fr
Pages : 149
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Author: BRUNO.. DUMANOWSKI
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Languages : fr
Pages : 195
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LES LIENS QUI UNISSENT LES PROPRIETES MECANIQUES DE L'ALLIAGE DE TITANE TI-6AL-4V A SON ETAT MICROSTRUCTURAL SONT ETROITS. CE SONT LES OPERATIONS DE MISE EN FORME A CHAUD QUI CONFERENT A CET ALLIAGE SA MICROSTRUCTURE. L'APPARITION DES STRUCTURES DE PRODUITS FORGES INDUSTRIELLEMENT EST ETUDIEE PAR LE TRUCHEMENT DE L'ESSAI DE COMPRESSION AXISYMETRIQUE A CHAUD. AFIN DE DISPOSER DE TAUX DE DEFORMATION PRECIS AU SEIN DES ECHANTILLONS DEFORMES, UNE ANALYSE MECANIQUE DE L'ESSAI DE COMPRESSION UNIAXIALE EST TOUT D'ABORD EFFECTUEE. IL S'AGIT D'UN MODELE UTILISANT LE THEOREME DE LA BORNE SUPERIEURE. IL PERMET DE CONNAITRE LE TAUX DE DEFORMATION LOCALE EN FONCTION DE LA DEFORMATION GLOBALE APPLIQUEE AUX ECHANTILLONS. LES RESULTATS SONT CONFRONTES A CEUX FOURNIS, POUR LES MEMES CONDITIONS DE COMPRESSION, PAR LE CODE D'ELEMENTS FINIS FORGE2. LA PARTIE EXPERIMENTALE EST DIVISEE EN DEUX CHAPITRES. LE PREMIER S'INTERESSE A LA FORMATION DE LA STRUCTURE EQUIAXE A PARTIR D'UNE STRUCTURE LAMELLAIRE GROSSIERE. LE SECOND REND COMPTE DE L'AFFINEMENT DE MICROSTRUCTURES EQUIAXES. DANS CHACUN D'EUX, ON TROUVE LA DESCRIPTION DES MICROSTRUCTURES INITIALES, LE DETAIL ET LES MECANISMES DE LEUR TRANSFORMATION AINSI QUE LES COURBES CONTRAINTE-DEFORMATION ASSOCIEES. LES RESULTATS SONT SYNTHETISES DANS DES DIAGRAMMES TEMPERATURE-DEFORMATION LOCALE. LES TEXTURES DE DEFORMATION SONT EGALEMENT DETERMINEES ET ANALYSEES.
Author: PATRICK.. AUDRERIE
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Languages : fr
Pages : 245
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LES PROPRIETES D'EMPLOI DES ALLIAGES DE TITANE DEPENDENT FORTEMENT DE LEUR MICROSTRUCTURE, QUI ELLE-MEME EST LE RESULTAT DES TRAITEMENTS THERMOMECANIQUES IMPOSES AU MATERIAU. POUR OPTIMISER LEUR GAMME DE MISE EN FORME (DIMINUER LES COUTS DE PRODUCTION TOUT EN OBTENANT LA MICROSTRUCTURE OPTIMALE), LES FORGERONS DOIVENT CONNAITRE ET MAITRISER LES DEUX DOMAINES SUIVANTS: 1) LE COMPORTEMENT RHEOLOGIQUE DE L'ALLIAGE; 2) LES RELATIONS ENTRE LA MICROSTRUCTURE ET LES TRAITEMENTS THERMOMECANIQUES. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST DE CONTRIBUER A CETTE CONNAISSANCE. CONCERNANT LE PREMIER POINT, DES LOIS DE COMPORTEMENT EMPIRIQUES SONT ETABLIES SUR UN LARGE DOMAINE DE TEMPERATURE, POUR DIFFERENTES VITESSES DE DEFORMATION ET QUATRE ALLIAGES DE TITANE, GRACE A DES ESSAIS DE TORSION. UNE INFLUENCE NON NEGLIGEABLE DE LA MICROSTRUCTURE SUR LA CONTRAINTE D'ECOULEMENT EST EGALEMENT MISE EN EVIDENCE. QUANT AU DEUXIEME POINT, DANS LE DOMAINE DE PHASE BETA, DES MECANISMES DE RECRISTALLISATION CONTINUE (PENDANT LA DEFORMATION) ET METADYNAMIQUE (AU COURS D'UN MAINTIEN EN TEMPERATURE APRES LA DEFORMATION) SONT OBSERVES. LEURS CINETIQUES SONT ETABLIES EN FONCTION DES DIFFERENTS PARAMETRES THERMOMECANIQUES DANS LE CAS DE L'ALLIAGE TI-6AL-2SN-4ZR-6MO. UNE MODELISATION DU FORGEAGE, DANS LE DOMAINE MONOPHASE BETA, D'UN LOPIN DE TI-6AL-2SN-4ZR-6MO (CODE FORGE 2) PERMET DE PREVOIR LA MICROSTRUCTURE DE LA PIECE FORGEE. DANS LE DOMAINE DE PHASE (ALPHA + BETA), L'ACCOMMODATION DE LA DEFORMATION PAR LA PHASE BETA EST ATTRIBUEE A UN MECANISME DE RECRISTALLISATION CONTINUE. DES MESURES DE DEFORMATION LOCALE DE LA PHASE ALPHA SONT PROPOSEES ET DES MODELES DE PASSAGE DE L'ECHELLE MESOSCOPIQUE A L'ECHELLE MACROSCOPIQUE SONT APPLIQUES POUR L'ALLIAGE TI-5AL-2,5SN. LES RESULTATS ISSUS DES MODELES SONT COMPARES AUX DONNEES EXPERIMENTALES. LA METHODOLOGIE DEFINIE DANS CE TRAVAIL SEMBLE ETRE APPLICABLE A PLUSIEURS ALLIAGES DE TITANE ET PROCEDES DE MISE EN FORME
Author: Edgar Rauch
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Languages : fr
Pages : 382
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APPLICATION DES ESSAIS DE TORSION COMME SIMULATION DU FORGEAGE A CHAUD DE L'ACIER INOXYDABLE 304 ET DE L'ALLIAGE TI-AL 6%-MO 2%-ZR 3%-SN 2% EN STRUCTURE EQUIAXE ALPHA +BETA ET EN STRUCTURE DE WIDMANSTATTEN BETA . EVOLUTION DE LA MICROSTRUCTURE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET DE LA VITESSE DE TRANSFORMATION. ETABLISSEMENT DE CARTES DE FORGEABILITE. VERIFICATION EXPERIMENTALE
Author: SYLVIE.. FARENC
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Languages : fr
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Book Description
LE TITANE EST UN METAL DE STRUCTURE HEXAGONALE. DEUX NUANCES DE TITANE AVEC DES TENEURS DIFFERENTES EN IMPURETES ONT ETE ETUDIEES PAR DEFORMATION IN SITU. DANS TOUT LE DOMAINE DE DEFORMATION, QUELQUE SOIT LA TENEUR EN INTERSTITIELS, LE MOUVEMENT DES DISLOCATIONS DANS LES PLANS PRISMATIQUES EST CONTROLE PAR DES FORCES DE FRICTION DUES A LA DISSOCIATION DU CUR HORS DU PLAN DE GLISSEMENT. DANS LE TITANE BASSE PURETE, LE PIC D'AIRE D'ACTIVATION EST INTERPRETE A L'AIDE D'UNE FORTE DECROISSANCE DE LA LONGUEUR DE VOL AVEC LA TEMPERATURE. L'EFFET DURCISSANT DES INTERSTITIELS CORRESPOND A UNE AUGMENTATION DE L'ENERGIE DE RECOMBINAISON DES DISLOCATIONS. TIAL EST UN ALLIAGE INTERMETALLIQUE DE STRUCTURE L10 QUI PRESENTE UNE ANOMALIE DE LIMITE D'ELASTICITE POUR CHAQUE ORIENTATION DU TRIANGLE STANDARD UNITE. SUIVANT L'ORIENTATION DE L'AXE DE SOLLICITATION, LES EXPERIENCES DE DEFORMATION IN SITU METTENT EN EVIDENCE LE MOUVEMENT DE SUPERDISLOCATIONS, DISLOCATIONS SIMPLES ET/OU MACLAGE. LES DISLOCATIONS SIMPLES ONT UN MOUVEMENT SACCADE EN ACCORD AVEC UN MECANISME DE BLOCAGE/DEBLOCAGE. LES SUPERDISLOCATIONS ONT UN MOUVEMENT BRUTAL DIFFICILEMENT OBSERVABLE. L'ANALYSE EN FAISCEAU FAIBLE DE CE TYPE DE DISLOCATION MET EN EVIDENCE UNE DISSOCIATION ENTRE DEUX SUPERPARTIELLES DE SHOCKLEY BORDANT UNE PAROI D'ANTIPHASE. LE MACLAGE EST DU A UN DEPLACEMENT COLLECTIF DES DISLOCATIONS PARTIELLES DE SHOCKLEY IDENTIQUES A/6
