Author: Vincent Bennani Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 358
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Cette étude approfondie compare la microstructure et les propriétés mécaniques d'échantillons de titane de grade 1, usinés et coulés. Les microstructures résultant de coulée sont différentes de celles résultant de l'usinage, divergence dûe à la mise en oeuvre. Les valeurs de la limite d'élasticité et de la contrainte à la rupture des états usinés sont supérieures à celles de l'état coulé, résultats en accord avec les valeurs de microdureté. Une couche de contamination du matériau réfractaire ("alpha-case", constituée de nitrure de titane, d'oxyde de titane, de phosphures de titane, de siliciures de titane) est présente à la périphérie des échantillons coulés. Son épaisseur est fonction de la vitesse de refroidissement et de la taille de la pièce coulée. Les composants ne diffusent pas dans l'alliage mais précipitent sur le bord de la pièce. Outre l'hétérogénéité de composition induite dans la pièce brute de coulée, l'alpha-case, de par ses propres caractéristiques mécaniques, modifie celles de la masse métallique. Cette étude montre que l'état usiné présente une microstructure plus homogène, non perturbée par l'usinage, des caractéristiques mécaniques meilleures et plus reproductibles que celles de l'état coulé.
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LES PROPRIETES MECANIQUES DE L'ALLIAGE DE TITANE CORONA 5 DEPENDENT ESSENTIELLEMENT DE DEUX FACTEURS: LA TEXTURE CRISTALLOGRAPHIQUE ET LA MICROSTRUCTURE. CES DEUX ELEMENTS EVOLUENT SELON LES TRAITEMENTS THERMOMECANIQUES ET THERMIQUES APPLIQUES AU MATERIAU. AINSI, POUR OBTENIR UNE TENACITE ELEVEE, IL EST NECESSAIRE D'APPLIQUER AU MATERIAU UNE DEFORMATION DANS LE DOMAINE BETA SUIVIE D'UNE MISE EN SOLUTION DANS LE DOMAINE BIPHASE ET D'UN REVENU. CETTE GAMME DE TRAITEMENT ABOUTIT A UNE TEXTURE PROCHE DE LA TEXTURE TRANSVERSE FAVORISANT EN POINTE DE FISSURE UNE DEFORMATION SELON LES SYSTEMES DE GLISSEMENT PRISMATIQUES. LE COMPROMIS RECHERCHE SUR L'ALLIAGE ETUDIE EST UNE BONNE RESISTANCE MECANIQUE ACCOMPAGNEE D'UNE TENACITE ELEVEE. IL EST ATTEINT POUR LA GAMME DE TRAITEMENT SUIVANTE: DEFORMATION DANS LE DOMAINE MONOPHASE SUIVIE D'UNE MISE EN SOLUTION DANS LE HAUT DU DOMAINE BIPHASE PUIS D'UN REVENU. CETTE GAMME CONDUIT A UNE MICROSTRUCTURE ACICULAIRE DANS UNE MATRICE BETA TRANSFORMEE ET A UNE TEXTURE DE TYPE BASALE/TRANSVERSE. LA TENACITE DE CE MATERIAU PRESENTE UNE EVOLUTION INVERSE DE CELLE DU TAUX DE CONSOLIDATION DEDUIT DES ESSAIS DE TRACTION
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L'étude a pour but de caractériser et d'analyser le comportement mécanique du Ti 6242-Si dans un large domaine de températures, de vitesses de sollicitation et de trajets de chargement. En effet une viscoplasticité plus marquée au voisinage de l'ambiante qu'à plus haute température caractérise de nombreux alliages de titane et de zirconium. Ce comportement inhabituel est à relier à des phénomènes d'interactions entre dislocations et atomes interstitiels (O, C, N, H), généralement décrits par les termes de " vieillissement dynamique " ou " vieillissement statique ". Les microstructures de déformation observées en microscopie électronique en transmission sur certains de ces états de déformation particuliers choisis au travers de tout le domaine de températures exploré, apportent des éclairages ponctuels sur les bases physiques possibles d'une interprétation à l'échelle microscopique des phénomènes observés et mesurés à l'échelle macroscopique. Les résultats obtenus sont alors interprétés à partir de la mobilité relative des dislocations ou groupements de dislocations, de leur interaction avec des solutés en sursaturation dans ce matériau, ou de la structure de cœur particulière de ces dislocations à basse température. L'essai de relaxation, grâce à la large gamme de vitesses de déformation qu'il couvre, a permis d'évaluer dans quelles proportions les différents régimes de déformation se mélangent à chaque température. En effet, deux modes plastiques profondément différents, en se combinant, régissent la viscoplasticité macroscopique : - dans le domaine des hautes températures (ou des faibles vitesses de déformation), le mode traînage est dominant : les dislocations coins traînent des atmosphères de solutés. - dans le domaine des basses températures (ou des vitesses élevées), c'est au contraire le mode friction qui prévaut : les dislocations se déplacent rapidement, les atomes de solutés restant quasi immobiles et ne jouant qu'un rôle de durcissement de solution solide. Dans le domaine de recouvrement de ces deux modes plastiques propres - domaine d'existence du phénomène PLC - de brusques changements de comportement peuvent donc apparaître, car la plasticité en mode friction a tendance à se rassembler localement sous forme de " bandes de vitesse ", alors que le reste de la structure ou de l'éprouvette continue à se déformer beaucoup plus lentement en mode traînage, jusqu'à atteindre le " blocage " aux plus basses températures. La plasticité du matériau est intrinsèquement hétérogène. L'étude fine des données de relaxation met en évidence la présence de " bouffées de plasticité " (strain bursts) très localisées dans le temps et dans l'espace (échelle mésoscopique). Le taux de corrélation de ces événements élémentaires détermine l'amplitude et la forme des manifestations macroscopiques (bandes de vitesse, serrations, crochets de traction,...). Les essais mécaniques ont donc permis de déterminer les frontières des différents domaines de comportement de l'alliage étudié et d'y mesurer certains paramètres macroscopiques caractéristiques tels que les énergies et les volumes d'activation apparents de ces modes plastiques. Aux températures élevées (600°C - 450°C), le mode traînage est omniprésent. Le régime de vieillissement dynamique domine au pic du domaine de l'anomalie de comportement, vers 400°C. À cette température, les capacités de restauration du matériau sont très limitées : la faible amplitude de relaxation qu'il présente est suivie d'un blocage strict de la plasticité. Le domaine des températures intermédiaires, entre 300°C et 200°C, est caractérisé par le blocage quasi-instantané de la plasticité. Dans le domaine des basses températures de l'anomalie (autour de 150°C), la plasticité est rétablie grâce à la prédominance du mode friction, et les durcissements de vieillissement et d'écrouissage s'additionnent. Enfin, à température ambiante, c'est-à-dire au voisinage de la limite basse du domaine, le vieillissement statique se manifeste.
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Les rouets et les flasques des turbomachines d'hélicoptères aujourd'hui en alliage de titane sont soumis à des sollicitations thermiques accrues. L'objectif de ce travail est d'évaluer les propriétés mécaniques à haute température (fluage et corrosion sous contrainte) des traitements thermomécaniques effectués sur ces pièces par la société Aubert et Duval dans le but d'accroître la résistance mécanique à chaud des alliages de titane. L'observation des microstructures a souligné le rôle majeur de la vitesse de refroidissement après traitement thermique sur le taux d'alpha primaire final, et ce d'autant plus qu'il est effectué à haute température. La croissance des nodules est en effet contrôlée par la diffusion. L'étude du fluage a été axées sur la construction de courbes d'iso-amplitude de déformation primaire, d'iso-vitesses stationnaire et d'iso-durée de vie dans le plan contrainte / température. La superposition des courbes tracées a permis de constater que sur la plage de contraintes et températures étudiée, le Ti6242 forgé, apporte un faible gain en fluage, par comparaison au Ti6242 forgé •/,. L'IMI834 apporte quant à lui un gain plus important. A partir de ces courbes, des lois de comportement et d'endommagement du Ti6242 forgé•/, ont été identifiées. Une modélisation du fluage sur éprouvette entaillée a alors été mise en oeuvre. Enfin, les risques d'initiation de fissure encourus lors de dépôts de sel sur les rouets fonctionnant en environnement maritime (off-shore) à hautes températures ont été évalués. Les courbes d'iso durée de vie tracées mettent en évidence un abattement d'un facteur supérieur à 10 sur les durées de vie en fluage, avec le cycle actuel (contrainte constante et cycles thermiques de 24h). Un cycle plus représentatif des missions devra être défini pour préciser pour chaque contrainte la frontière thermique délimitant l'apparition du phénomène de corrosion sous contrainte.
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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
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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: Laurie Despax (doctorante en science des matériaux).) Publisher: ISBN: Category : 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.
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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
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L'écaillage est un processus qui, sous un chargement dynamique rapide, conduit à l'endommagement voire à la ruine d'un matériau. La rupture finale résulte d'un processus progressif de création de vides qui vont sous l'action de certains facteurs s'agrandir puis coalescer. Le Ta6V est l'alliage de titane le plus connu et le plus utilisé. Sa microstructure conditionne en tout premier lieu les propriétés mécaniques du matériau, et est un élément essentiel dans l'analyse de l'endommagement. Le titane étudié présente une microstructure biphasée α+β de type Widmanstätten, composée de colonies de lamelles de phase α séparées par une phase β. Une campagne d'essais d'impact plaque/plaque sur le lanceur à gaz du LPMM a été menée. Le Ta6V utilise les mêmes mécanismes d'écaillage que les aciers, à savoir une phase d'amorçage, de croissance et de coalescence de vides. Du fait de la particularité de la structure, la nucléation des vides se produit à un endroit privilégié. A partir d'observations post-mortem du matériau écaillée, un modèle mésoscopique a été développé permettant de déterminer la contrainte macroscopique d'écaillage en fonction du temps de chargement et du niveau d'endommagement. Afin de prendre en compte l'effet de la microstructure particulière du Ta6V et par la même occasion réduire le nombre de coefficients intervenant dans ce modèle, des simulations d'essai d'impact sont effectuées, dans un code de calcul éléments finis, sur un maillage représentatif de la microstructure du matériau. Une loi de comportement micromécanique, prenant en compte les mécanismes de la plasticité cristalline, est alors implémentée afin de déterminer la contrainte de nucléation.
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DEFINITION DES PARAMETRES IMPORTANTS DE L'EROSION DUE AUX IMPACTS DE PETITES PARTICULES SOLIDES. MISE EN EVIDENCE ET ANALYSE DES PRINCIPAUX MECANISMES D'ENLEVEMENT DE MATIERE (MICRO-USINAGE, DEFORMATION PLASTIQUE, FORMATION DE LANGUETTES...) OBSERVES LORS DE L'ENDOMMAGEMENT PAR EROSION DE L'ALLIAGE DE TITAN E TA6V. EXAMEN DE L'INFLUENCE DES PARAMETRES STRUCTURAUX SUR LE COMPORTEMENT A L'EROSION DE L'ALLIAGE. ETUDE DE L'EFFET DE TRAITEMENTS DE SURFACE (NITRURATION, CARBURATION, BORONITRURATION)
Author: Vincent Bennani
Author: SOFIANE.. BENHADDAD
Author: Hélène Jousset
Author: Zéline Hervier
Author: Frédéric Dartigues
Author: Dominique Ibrahima Yameogo
Author: Laurie Despax (doctorante en science des matériaux).)
Author: PATRICK.. AUDRERIE
Author: Xavier Boidin
Author: Jean-Paul Massoud