Étude du comportement en fatigue vibratoire de l'alliage de titane Ti-6Al-4V produit par fabrication additive PDF Download

Author: Benjamin Ellyson
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Pages : 149

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Author: GILLES.. JAGO
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Pages : 205

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CETTE RECHERCHE PORTE SUR L'ETUDE SPECIFIQUE DES STRUCTURES AIGUILLEES DANS LE CAS DE L'ALLIAGE DE TITANE TI-6AL-2SN-4ZR-6MO. ELLE A POUR OBJECTIF DE DEGAGER LES PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX QUI CONTROLENT L'ENDOMMAGEMENT DE CET ALLIAGE EN FATIGUE VIBRATOIRE A 20 KILOHERTZ, AUX TEMPERATURES DE SOLLICITATION DE 77 K ET 300 K. CES STRUCTURES AIGUILLEES SONT ISSUES DE TRAITEMENTS THERMOMECANIQUES OU DE TRAITEMENTS THERMIQUES COMPORTANT UN PASSAGE DANS LE DOMAINE BETA. LA CARACTERISATION MICROSTRUCTURALE SE FAIT A DIFFERENTES ECHELLES: FIBRAGE, TAILLE DES EX-GRAINS BETA, MORPHOLOGIES DE LA PHASE ALPHA PRIMAIRE ISSUE DU FORGEAGE ET CELLE ISSUE DES TRAITEMENTS THERMIQUES, PRECIPITATION FINE APPARAISSANT PAR DECOMPOSITION DE LA PHASE BETA LORS DU REVENU. PAR AILLEURS, LE COMPORTEMENT DE CE TYPE D'ALLIAGE EN FATIGUE VIBRATOIRE A TRES HAUTE FREQUENCE EST PEU DOCUMENTE. LA COMPARAISON SUR DIFFERENTES GAMMES DE TRAITEMENTS THERMOMECANIQUES DES RESULTATS DES ESSAIS DE FATIGUE ET DE LA QUANTIFICATION DES MICROSTRUCTURES ONT ABOUTI A UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES MEANISMES D'ENDOMMAGEMENT DANS LE CAS DE CES STRUCTURES AIGUILLEES ET A LA DETERMINATION DE LOIS DE COMPORTEMENT SIMPLES DERIVEES DE LA LOI DE HALL ET PETCH

Author: Bastien Vayssette
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Les pièces de Ti-6Al-4V obtenues par SLM et EBM, souvent post-traitées par détensionnementet CIC, conservent un état de surface très rugueux qui réduit leur résistance en fatigue.L'utilisation de telles pièces pour des applications structurelles nécessite donc de comprendre et dequantifier l'effet de la rugosité sur les mécanismes d'amorçage de fissures en fatigue. Cette étude présenteune méthodologie à la fois expérimentale et numérique pour la prise en compte de l'effet de larugosité sur la résistance en fatigue à grand nombre de cycles des pièces obtenues par fabrication additive.La microstructure lamellaire d'éprouvettes SLMet EBMtraitées par détensionnement et CIC aété caractérisée grâce à des observations au microscope optique et par EBSD. Les surfaces brutes defabrication présentent une rugosité spécifique que la confrontation de différentes méthodes de mesurede rugosité (observations de coupes 2D et profilométrie) a permis de la caractériser. Le rôle decet état de surface sur la résistance en fatigue a été identifié par des essais de fatigue uniaxiaux et multiaxiauxsur surface brute, usinée ou polie chimiquement. L'analyse systématique au MEB des faciès de rupture, pour chacun des lots, a permis d'identifier les défauts de surface à l'origine de l'amorçage.Des essais de fatigue complémentaires conduits sur éprouvettes SLM surface brute, couplés à des observations MEBet des mesures de désorientations intra-grains (KAM) en fond d'entaille, ont révélé laprésence de fissures microscopiques et de zones plastiques confinées. La dernière partie de ce travailpropose une approche numérique, fondée sur des calculs E.F., visant à quantifier l'effet de la surfacesur la résistance en fatigue. Les maillages ont été construits à partir de l'acquisition de la surface(coupes 2D ; profilométrie ; tomographie) et les calculs ont été conduits en élasticité et élastoplasticité.La criticité du champ de contrainte en fatigue a été évaluée au travers d'un paramètre intégrantles forts gradients de contrainte proche de la surface grâce à une prise de moyenne volumique et lesnombreux sites potentiels d'amorçage par une statistique de valeurs extrêmes.

Author: Kacem El Alami Idrissi
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Pages : 121

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La présente étude porte sur le comportement et de l'endommagement en fatigue vibratoire de l'alliage de titane TA6V, matériau utilisé dans le domaine de l'aéronautique en régime vibratoire. Outre la mise au point des méthodes d'essai adéquates, nous présentons dans ce mémoire d'une part, les résultats de fissuration du ta6v a haute fréquence, a la température ambiante et pour un rapport de charge R compris entre -1 et 0,9, d'autre part les mécanismes d'endommagement du TA6V lorsqu'une vibration de 20 khz se combine à un cycle de fatigue lente. Enfin, nous étudions le comportement du TA6V sous un chargement d'amplitude variable, notamment l'effet de surcharge et l'influence d'une réduction rapide du facteur d'intensité de contraintes. Les résultats obtenus ont été confrontés à des résultats de fatigue conventionnelle. Les mécanismes d'endommagement ont été mis en évidence grâce à des analyses métallographiques et microfractographiques au MEB. Lorsque la comparaison est possible, les mécanismes mis en jeu sont les mêmes en fatigue vibratoire et en fatigue conventionnelle.

Author: Adrien Cellier
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Cette étude s'est focalisée sur l'influence d'une opération de fraisage sur l'intégrité de surface et la durée de vie en fatigue des pièces usinées en titane (Ti-6Al-4V). L'influence des paramètres géométriques tels que les angles de coupe et les rayons de bec sur la performance de l'outil à savoir la durée de vie de l'outil est analysée. Une deuxième partie est consacrée à l'influence des paramètres géométriques sur l'intégrité de surface définie par des facteurs tels que la topographie, les contraintes résiduelles, la dureté et la microstructure. Afin de déterminer la nature des contraintes résiduelles, une approche thermomécanique a été utilisée. Une relation entre les contraintes résiduelles et la dureté sous la surface usinée est établie. Une dernière partie est dédiée à la l'étude de la fatigue des pièces en titane usinées selon les différents paramètres géométriques. Une comparaison des limites d'endurance expérimentales et analytiques issue de la littérature a permis de déterminer les paramètres influents de l'intégrité de surface sur la performance en fatigue. Une analyse fractographique a révélé les phénomènes liés à l'usinage influençant la rupture du matériau.

Author: Fatna Benmessaoud
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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: Onder Sahan
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ISBN: 9781423511564
Category : Titanium-aluminum-vanadium alloys
Languages : en
Pages : 116

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The purpose of this research is to investigate the fretting fatigue behavior of the titanium alloy Ti-6Al-4V at elevated temperature is investigated. Fretting and plain fatigue experiments are conducted at 260 . Crack initiation location and crack initiation orientation is measured and fretting and plain fatigue life data of the specimens from these tests are obtained. Fatigue parameters capable of predicting the number of cycles to specimen failure, the crack location and the crack orientation along the contact surface are analyzed. The parameters are calculated by using the computed stresses and strains obtained from the finite element analysis. The mechanisms responsible for the fretting fatigue crack initiation are determined. The effect of elevated temperature is examined by comparing room and elevated temperature fretting and plain fatigue data.

Author: Laurie Despax (doctorante en science des matériaux).)
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Languages : fr
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: B. de Gaelas
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Author: Victor Chastand
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La fabrication additive est un procédé offrant de nouvelles opportunités aux industriels pour fabriquer des pièces complexes, sans outillage spécifique et en optimisant la matière utilisée.Cette thèse présente les propriétés mécaniques de pièces réalisées par fabrication additive et l'analyse des mécanismes d'endommagement associés, en ayant comme référence les propriétés mécaniques des procédés de fonderie et de corroyage. Ce type d'analyse est indispensable pour l'industrialisation du procédé.Les propriétés en traction et en fatigue, sur des éprouvettes en titane Ti-6Al-4V et en aluminium AlSi7Mg0,6, ont été mesurées. Les effets du procédé de fabrication, de la direction de fabrication, du post-usinage et des post-traitements thermiques ont été comparés. Les propriétés sont au moins au niveau de la fonderie.Ces résultats ont été analysés en corrélation avec les microstructures et les faciès de rupture, afin de dégager des mécanismes d'endommagement. Les critères permettant de mesurer la criticité des défauts ont été définis.Certaines de ces hypothèses ont pu être vérifiées grâce à des essais de traction in situ au micro tomographe.