Etude Experimentale Et Modelisation Multi Physique De Levolution De La Microstructure Dans Les Procedes Dusinage De Lalliage De Titane Ti 6al 4v

Author : Marcin Wronski
Publisher :
ISBN 13 :
Total Pages : 146 pages
Book Rating : 4.:/5 (117 download)

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Download or read book Etude expérimentale et modélisation du laminage asymétrique d'alliages de titane et d'aluminium written by Marcin Wronski and published by . This book was released on 2013 with total page 146 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Dans la quête incessante de matériaux à propriétés améliorées, pour une plus grande durabilité et un allègement des structures, le développement de simulations numériques des processus de mise en forme plus fiables est plus que jamais d’actualité. Or, la compréhension et la modélisation des mécanismes d’écrouissage et de restauration actifs lors de sollicitations dites complexes sont encore largement insuffisantes pour un grand nombre d’alliages métalliques pour que les simulations de processus de mise en forme puissent être qualifiées de prédictives. Par ailleurs, il est également important de pouvoir modifier les procédés standard de mise en forme afin d’optimiser celle-ci en développant de nouveaux procédés permettant par exemple un affinage de la taille de grain, paramètre important pour optimiser les propriétés mécaniques finales. Parmi ces nouveaux procédés, ceux dits de déformation plastique sévères sont largement étudiés : on peut citer par exemple l’extrusion coudée à aires égales (EqualChannel Angular Pressing, ECAP), le co-laminage cumulatif (Accumulative Roll Bonding, ARB), la torsion sous haute pression (High Pressure Torsion, HPT), le laminage asymétrique (Asymetrical Rolling, AR), ..... Toutes ces méthodes permettent d’imposer de grandes déformations au matériau sans dommage, et modifient fortement les microstructures formées. Notamment, on recherche souvent à fragmenter les grains, ce qui permet d’avoir in fine une taille de grain réduite, synonyme de résistance mécanique accrue. Parmi ces méthodes, le laminage asymétrique est particulièrement intéressant par le fait qu’il est beaucoup plus facilement implantable en milieu industriel que les autres méthodes.Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse est donc double : il s’agit tout d’abord d’étudier plus à fond le procédé de laminage asymétrique et notamment son influence sur les modifications de microstructures, d’anisotropie et de propriétés mécaniques de deux alliages métalliques retenus en raison de leur intérêt pour la mise en forme ; on se propose ensuite de s’appuyer sur les résultats expérimentaux obtenus afin d’améliorer la loi de comportement des matériaux étudiés utilisée dans le cadre des simulations par éléments finis. Les deux matériaux retenus sont un alliage d’aluminium (de grade 6061) de structure cubique à faces centrées (cfc) et un titane de pureté commerciale (de grade 2) de structure hexagonale compacte (hc). Le laminoir asymétrique implanté récemment au LSPM qui permet d’imposer de forts taux d’asymétrie (et donc de grandes rotations) a été retenu comme mode de déformation et le suivi des microstructures et des textures cristallographiques a été réalisé par EBSD (Electron Back Scattering Diffraction) et diffraction des rayons X. L’influence du laminage asymétrique sur les évolutions microstructurales a pu être ainsi analysée en détails et a permis de proposer des paramètres matériau pour les lois de comportement utilisées dans les modèles. Ensuite, en couplant un modèle micromécanique à un code d’éléments finis, les simulations réalisées ont permis d’étudier l’influence du laminage asymétrique sur les propriétés mécaniques. Plus précisément, les objectifs que nous nous sommes fixés ont été les suivants : - Caractériser qualitativement et quantitativement les évolutions microstructurales des deux alliages lors du laminage asymétrique, en fonction des paramètres procédé retenus ; - Identifier les paramètres matériaux de la loi de comportement cristalline utilisée dans la partie modélisation, à partir des observations microstructurales et d’essais mécaniques simples ; - Coupler un modèle de type polycristallin à un code d’éléments finis, afin de réaliser des simulations de mise en forme permettant d’accéder non seulement aux évolutions des grandeurs mécaniques mais également aux évolutions de texture ; - Valider le modèle de comportement retenu par confrontation des résultats expérimentaux et numériques (textures surtout). - Discuter finalement de la pertinence du laminage asymétrique pour améliorer les propriétés d’emploi des tôles déformées (avec ou sans recuit après laminage). Le mémoire de thèse est structuré en 5 chapitres principaux, encadrés par une introduction et une conclusion générale. Dans le chapitre 1, le modèle polycristallin retenu est décrit ; il s’agit du modèle polycristallindit LW (Leffers-Wierzbanowski), retenu pour sa simplicité de mise en oeuvre et donc associé à des temps de calcul pas trop lourds, permettant un couplage avec un code d’éléments finis. La loi de comportement utilisée pour le monocristal tient compte du glissement et du maclage (pour le titane uniquement). La capacité de ce modèle à décrire les évolutions microstructurales des alliages métalliques est analysée. Comme, il est par ailleurs bien connu que plusieurs modèles, plus ou moins rigoureux dans leur formulation permettent de reproduire les textures expérimentales au prix parfois d’un ajustement arbitraire de certains paramètres, la capacité prédictive du modèle retenu est analysée plus en détails dans le chapitre 2, qui s’intéresse à la transition de texture bien connue dans les matériaux cfc à énergie de faute d’empilement variable. En effet, en passant d’un matériau à faible énergie de faute d’empilement comme le laiton par exemple à un matériau à énergie de faute d’empilement plus élevée comme le cuivre, on observe une transition dans les textures de laminage, d’une texture dite « Laiton » à une texture dite « Cuivre », composées d’orientations principales différentes. La capacité du modèle LW à reproduire cette transition en ne faisant varier que les paramètres matériau du modèle est donc examinée en détails. Le chapitre 3 décrit la procédure d’implémentation du modèle LW dans le code d’éléments finis ABAQUS/Explicit. Cette procédure s’appuie sur l’écriture d’un module de comportement de type VUMAT, décrit en détails. Ce module est ensuite testé par la simulation d’un essai simple de traction, pour lequel les textures simulées ont été comparées à des textures expérimentales. Le chapitre 4 décrit la partie expérimentale du travail réalisé : les méthodes expérimentales retenues sont tout d’abord décrites (laminage, diffraction X pour les textures crystallographiques, diffraction des électrons rétrodiffusés – EBSD en anglais – dans le microscope électronique à balayage EBSD pour les microstructures). La description des évolutions microstructurales et texturales des deux matériaux déformés à différents taux de déformation et d’asymétrie est ensuite présentée et analysée en détails. On montre notamment que l’asymétrie de laminage permet d’affiner la taille de grain dans la majorité des cas ; cette réduction de la taille de grain est également conservée après le recuit permettant de supprimer l’écrouissage dû au laminage.Le Chapitre 5 décrit ensuite les simulations numériques réalisées. La comparaison des textures simulées et expérimentales pour différents niveaux d’asymétrie et de taux de déformation est très satisfaisante. L’outil développé permet également de reproduire le fait que la distribution des déformations et des contraintes est plus uniforme au sein du matériau après laminage asymétrique qu’après laminage symétrique standard. Les principaux résultats de l’étude sont finalement reprécisés dans la conclusion générale.