Etude du comportement en sollicitations extrêmes et de l'usinabilité d'un nouvel alliage de titane aéronautique PDF Download
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Book Description
L’alliage de titane Ti555-3, qui commence à être utilisé dans le domaine aéronautique,soulève des di fficultés spécifi ques en usinage. Cette étude propose d’ analyser l’ usinabilité de cetalliage et de la comparer à un alliage de référence, le Ti-6Al-4V. Trois aspects ont été explorés. Desessais de coupe orthogonale instrumentés ont été réalisés avec examen de la morphologie des copeaux. Cette étude a permis d’entrevoi r l’influence de différents paramètres de coupe sur les conditions d’ usinage sur l’usinabilité du Ti555-3. Ainsi l’évol ution des efforts de coupe, des températures dans la zone de coupe, la modification de la morphologie du copeau et les évolutions des contraintes résiduelles ont pu être mis en évidence. Des essais de comportement en cisaillement rapi de ont permis de reproduire les observations faites sur l’ usinage et de proposer l’identificati on de la loi de Johnson-Cook des matériaux que nous avons ensuite utilisés dans des simulations de formation de copeaux. Une étude sur l’usinage assisté jet d’eau haute pression (UAJE HP) a été menée à di fférentes vitesses de coupe et d’ avance, avec assistance haute pression et à sec. Les copeaux obtenus ont été examinés géométriquement. Les contraintes résiduelles du matériau généré par l’UAJE HP ont ét é étudiées, leurs analyses ont permis de constater que cette technique réduit le ni veau maximal des contraintes résiduelles superficiell es. L’utilisation de l’usinage assisté Laser (UA L) permet d’accroitre de nombreux aspects de l’usinabilité des alli ages de titane. Cette étude a permis de montrer une i nfl uenc e très signi ficati ve du l a puissance laser sur les efforts de coupe et sur l’intégrité de surface des pièces usinées.
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L’alliage de titane Ti555-3, qui commence à être utilisé dans le domaine aéronautique,soulève des di fficultés spécifi ques en usinage. Cette étude propose d’ analyser l’ usinabilité de cetalliage et de la comparer à un alliage de référence, le Ti-6Al-4V. Trois aspects ont été explorés. Desessais de coupe orthogonale instrumentés ont été réalisés avec examen de la morphologie des copeaux. Cette étude a permis d’entrevoi r l’influence de différents paramètres de coupe sur les conditions d’ usinage sur l’usinabilité du Ti555-3. Ainsi l’évol ution des efforts de coupe, des températures dans la zone de coupe, la modification de la morphologie du copeau et les évolutions des contraintes résiduelles ont pu être mis en évidence. Des essais de comportement en cisaillement rapi de ont permis de reproduire les observations faites sur l’ usinage et de proposer l’identificati on de la loi de Johnson-Cook des matériaux que nous avons ensuite utilisés dans des simulations de formation de copeaux. Une étude sur l’usinage assisté jet d’eau haute pression (UAJE HP) a été menée à di fférentes vitesses de coupe et d’ avance, avec assistance haute pression et à sec. Les copeaux obtenus ont été examinés géométriquement. Les contraintes résiduelles du matériau généré par l’UAJE HP ont ét é étudiées, leurs analyses ont permis de constater que cette technique réduit le ni veau maximal des contraintes résiduelles superficiell es. L’utilisation de l’usinage assisté Laser (UA L) permet d’accroitre de nombreux aspects de l’usinabilité des alli ages de titane. Cette étude a permis de montrer une i nfl uenc e très signi ficati ve du l a puissance laser sur les efforts de coupe et sur l’intégrité de surface des pièces usinées.
Author: J. Paulo Davim Publisher: Springer ISBN: 3662439026 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 154
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This book presents a collection of examples illustrating the resent research advances in the machining of titanium alloys. These materials have excellent strength and fracture toughness as well as low density and good corrosion resistance; however, machinability is still poor due to their low thermal conductivity and high chemical reactivity with cutting tool materials. This book presents solutions to enhance machinability in titanium-based alloys and serves as a useful reference to professionals and researchers in aerospace, automotive and biomedical fields.
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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: Maxime Berthaud Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 153
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L'utilisation des alliages de titane dans de nombreuses applications (transport, énergie, chimie,...) permet des gains de masse importants en tirant profit du rapport propriétés mécaniques/masse volumique qui est avantageux pour ce type de matériaux. L'utilisation de ces alliages dans des environnements à hautes températures (T>500°C) nécessite de se préoccuper de leur comportement et de comprendre les mécanismes de dégradation dans ces conditions sévères. Certains facteurs peuvent influencer le comportement des alliages de titane en oxydation, comme l'application de cycles de chauffage/refroidissement, la présence de vapeur d'eau ou la présence de sels, selon les conditions d'utilisation.Ce travail de thèse s'est attaché à comprendre les mécanismes d'oxydation d'un alliage de titane utilisé dans l'aéronautique : l'alliage Ti6242S. Il a été étudié à 560°C sous air, sous air humide et en présence de dépôts solides de sel(s) de type NaCl et/ou Na2SO4. Pour cela, des oxydations de longues durées avec et sans dépôts solides de sels ont été réalisées. Les résultats obtenus montrent que la présence de NaCl provoque une dégradation importante du comportement en oxydation des échantillons. La dissolution d'oxygène dans le métal observée sous air ne se produit plus en présence de dépôts de sels. En revanche, une oxydation interne de l'alliage a lieu et des fissures apparaissent dans la profondeur du substrat métallique. La dégradation du matériau est attribuée à la présence de dichlore et à la formation de chlorures métalliques volatiles. Un mécanisme réactionnel a été proposé afin d'expliquer l'effet néfaste des dépôts de NaCl. L'effet d'un dépôt de sels mixte NaCl/Na2SO4 sur l'oxydation de l'alliage Ti6242S est cependant moins marqué.L'évolution des propriétés mécaniques de l'alliage Ti6242S a également été étudiée après oxydation. Une simple oxydation de 100 h sous air provoque une diminution importante de la ductilité du matériau à cause de la zone de dissolution d'oxygène formée pendant l'oxydation. En présence d'un dépôt de NaCl et après 100h d'oxydation à 560°C, la perte de ductilité est encore plus importante et la rupture de l'éprouvette intervient dès la fin du domaine élastique. Dans ces conditions, la pièce perd une partie de sa section porteuse et la limite élastique et le module élastique du matériau restant sont fortement impactés. La présence d'un dépôt mixte NaCl/Na2SO4 pendant l'oxydation a un effet moins marqué sur les propriétés mécaniques du matériau, en accord avec la plus faible réactivité de l'alliage Ti6242S avec ce type de dépôt. Les mécanismes inhérents au changement de propriétés mécaniques sont expliqués dans le travail de thèse.
Author: Houssemeddine Ben Boubaker Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Les alliages de titane, notamment grâce à leur faible densité et leurs bonnes propriétés mécaniques, ont vu leur utilisation s'accroître ces dernières années. Cependant, du fait que ces matériaux sont réfractaires, leur mise en forme par usinage à sec est souvent difficile. Toutefois, il est difficile de comprendre les mécanismes induisant la mauvaise usinabilité des alliages de titane en se basant seulement sur des essais expérimentaux. Le recours à la modélisation numérique est une alternative efficace qui permet d'accéder à des grandeurs physiques locales et instantanées et de faciliter la compréhension des mécanismes de formation du copeau. La plupart des simulations numériques d'usinage s'appuient sur une modélisation où le matériau est considéré comme macroscopiquement homogène. Ces simulations permettent d'avoir une estimation globale des phénomènes mécaniques, thermiques et tribologiques engendrés par la coupe. Cependant, lorsque la taille des grains devient comparable par rapport au volume coupé, l'hypothèse d'homogénéité n'est plus valable. Le principal objectif de cette étude est la mise en place d'un modèle de comportement adapté à la modélisation de l'usinage de l'alliage de titane Ti17. À cause de son importante taille des grains, la prise en compte des hétérogénéités microstructurales constitue un élément essentiel de la démarche de modélisation qui s'appuie très largement sur le cadre de la plasticité cristalline. Une loi d'homogénéisation écrite à l'échelle locale permet de considérer la nature hétérogène du Ti17. Ainsi, une procédure d'identification des paramètres basée sur les courbes de comportement en traction, en compression et cisaillement est proposée. Si l'objectif de ce travail est la construction d'un modèle de comportement à l'échelle cristalline, il est néanmoins nécessaire de caractériser le comportement de l'alliage de titane Ti17. Il s'agit d'abord de caractériser le comportement viscoplastique de l'alliage Ti17 puis d'étudier les phénomènes d'endommagement. Finalement, le modèle est principalement utilisé afin de prévoir le rôle des paramètres de coupe et de la microstructure sur les mécanismes de formation du copeau.
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Dans l'optique de maîtriser l'industrialisation des pièces complexes, les efforts de coupe sont une source riche d'informations. Bien que la prédiction des efforts de coupe soit un sujet largement traité par la communauté scientifique, quelques verrous subsistent. Les travaux de cette étude visent à enrichir les modèles existants sous deux principaux aspects : une étude approfondie de l'influence des conditions de contact en dépouille associées à la géométrie de pièce et l'effet de l'usure de l'outil sur l'évolution des efforts de coupe au cours du temps. Pour ce faire, plusieurs expérimentations instrumentées sont réalisées afin de déterminer les paramètres influents à introduire dans les modélisations. S'appuyant sur ces observations, des modélisations, selon une approche phénoménologique, sont développées pour estimer respectivement le niveau d'usure de l'outil, les efforts de coupe et leur évolution fonction au cours du temps. Ces développements sont conduits pour les techniques de fraisage, de tournage intérieur et de tournage extérieur appliquées à l'usinage de l'alliage de titane aéronautique Ti6Al4V. Les méthodologies présentées dans cette étude sont transposables vers d'autres nuances d'alliages de titane afin de couvrir un domaine d'application large en industrie.
Author: Philippe Roudier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 250
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Cette étude porte sur l'évolution du comportement a la rupture de deux alliages de titane, Td5ac et Ta6v, en fonction de la vitesse de sollicitation. Les vitesses de chargement atteintes sont de l'ordre de 1 mpavm/s, 500 mpavm/s, 5.10#6 mpavm/s. Une première caractérisation du comportement a rupture de ces matériaux fait appel à l'approche globale. Une nouvelle méthode est développée pour les essais aux plus fortes vitesses de sollicitations. Elle permet d'envisager l'étude de ruptures se produisant au-delà du domaine de validité de la mécanique linéaire de la rupture. Une seconde caractérisation est abordée par le biais de l'approche locale en mécanique de la rupture. Des critères de rupture sont obtenus à partir de la cinétique de croissance de cavités de Rice et Tracey. L’évolution des caractéristiques du Ta6v du régime lent au régime rapide est retrouvée mais l'évolution expérimentale dans le cas du Ta6v est supérieure à l'évolution ainsi prévue. De plus une saturation du gain des caractéristiques à rupture est prédite par l'approche locale. Par ailleurs une étude réalisée avec la cinétique de Budiansky ne met pas en évidence l'effet stabilisant de la sensibilité à la vitesse de sollicitation à rupture de ces matériaux. L’élévation des caractéristiques à rupture des matériaux rompant dans le domaine ductile avec la vitesse de sollicitation est confirmée, le gain escompté n'est cependant pas aussi important que souvent clamé
Author: FREDERIC.. PRIMA Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 226
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LES TRAVAUX EFFECTUES CONCERNENT UN NOUVEL ALLIAGE INDUSTRIEL DE TYPE , LE TI-6,8MO-4,5FE-1,5AL, DESTINE AUX APPLICATIONS MECANIQUES EN RAISON DE SON COUT PARTICULIEREMENT BAS POUR UN ALLIAGE DE TITANE. NOUS AVONS D'ABORD CARACTERISE LES DIFFERENTS DOMAINES D'APPARITION DES PHASES ET DANS LE TI-6,8MO-4,5FE-1,5AL AFIN DE PERMETTRE D'ACCEDER A UNE COMPREHENSION ACCRUE DES DIFFERENTES ETAPES DE LA DECOMPOSITION DE LA PHASE METASTABLE. PUIS NOTRE ETUDE DEVELOPPE LES MECANISMES DE PRECIPITATION DES PHASES FORMANT DES NANOSTRUCTURES AU COURS DES PREMIERS STADES DE TRAITEMENT THERMIQUE. NOUS MONTRONS ENSUITE QUE LES MECANISMES IMPLIQUES AU COURS D'UN RETOUR A L'EQUILIBRE DES ALLIAGES PEUVENT ETRE TRES DIFFERENTS SELON LE DOMAINE DE TEMPERATURE CONSIDERE. UNE ATTENTION PARTICULIERE EST DONNEE AUX MORPHOLOGIES DES MICROSTRUCTURES FORMEES SELON LA TEMPERATURE DE TRAITEMENT THERMIQUE ET UNE ETUDE SPECIFIQUE MONTRE L'INTERET QUE PEUT PRESENTER LA PHASE ISOTHERME DANS LA MAITRISE DES MICROSTRUCTURES FINALES. ENFIN, DANS UNE DERNIERE PARTIE, L'INFLUENCE DE L'ETAT MICROSTRUCTURAL SUR LES PROPRIETES MECANIQUES A ETE EXAMINE A PARTIR D'UNE ETUDE DES MODES DE DEFORMATION PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE, EBSD ET MESURE DES TEXTURES GLOBALES DE DEFORMATION. NOUS AVONS EN PARTICULIER MONTRE L'IMPORTANCE DE LA PHASE SUR LA DEFORMATION PLASTIQUE AINSI QUE SUR LES PHENOMENES DE RECRISTALLISATION ET DE SELECTION DES VARIANTES DE LA PHASE APRES TRAITEMENT THERMIQUE.
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L'un des enjeux principal de l'industrie aéronautique est de développer des systèmes plus performants et plus légers. Cette volonté s'inscrit, entre autres, dans une démarche de réduction du carburant consommé par les avions. Les alliages à base d'aluminures de titane (TiAl) présentent une résistance au fluage et à l'oxydation remarquables, ainsi qu'une masse volumique plus faible que les matériaux utilisés usuellement. Ces propriétés sont propices à la fabrication de pièces industrielles telles que des aubes de turbine à basses pression de moteurs d'avion et d'aubes de turbocompresseurs de moteurs automobiles. L'alliage IRIS (Ti49.92-Al48-W2-B0.08) a été développé par le CEMES en 2013 afin de répondre à ce type d'application industrielle. Le procédé d'élaboration (Spark Plasma Sintering), basé sur la métallurgie des poudres permet la fabrication rapide de pièces proches des cotes finales, et offre la possibilité de contrôler avec précision la microstructure. Compte tenu des propriétés intéressantes en traction et en fluage, nous avons décidé d'investiguer dans cette thèse les propriétés mécaniques de cet alliage à une température de service plus importante, soit 800°C, qui est considéré actuellement comme la température ultime à laquelle les alliages TiAl pourraient être utilisés industriellement. Pour cela nous avons abordé un nouveau volet dans l'histoire d'IRIS ; le comportement en fatigue oligocyclique. Ces essais ont été complétés par des investigations en fluage et en traction aux mêmes températures. Un autre volet de ce travail a consisté à identifier les mécanismes microscopiques de plasticité pour ces différentes sollicitations, afin d'interpréter les propriétés macroscopiques observées. Enfin, en raison du domaine de température particulièrement élevé, une caractérisation de la stabilité des microstructures lors de traitements de vieillissement a été entreprise.
Author: Tarek Braham Bouchnak
Author: Tarek Braham Bouchnak
Author: J. Paulo Davim
Author: Global Institutes Amritsar and University of Mauritius
Author: Dominique Ibrahima Yameogo
Author: Maxime Berthaud
Author: Houssemeddine Ben Boubaker
Author: Théo Dorlin
Author: Philippe Roudier
Author: FREDERIC.. PRIMA
Author: Soumaya Naanani