Compaction conventionnelle et compaction grande vitesse : application aux produits multimatériaux et multifonctions, Conventional and high-velocity compaction : appliction on multimaterials and multifunctions products

Yann Le Guennec

Description

Sous la direction de Pierre Doremus, Didier Imbault
Thèse soutenue le 25 mai 2011: Grenoble
Parmi les procédés de mise en forme de pièces industrielles, la métallurgie des poudres autorise une haute cadence de production avec une faible perte de matière première. L'élaboration de composants multi-matériaux par compression et frittage permet de minimiser le nombre d'étapes de conception afin de combiner des propriétés complémentaires. L'objet de cette thèse est l'étude d'un procédé de compression innovant qui peut augmenter la cadence de production et diminuer les contraintes sur l'outillage : la CGV (compression grande vitesse), et de l'appliquer à la mise en forme de pièces multimatériaux. Une presse à grande vitesse a été développée au laboratoire afin d'étudier l'influence de la CGV sur deux couples de matériaux : un couple base Fe / base WC, associant dureté et ténacité, un couple Acier 1.4313 / Stellite 6 associant résistance mécanique et résistance à la corrosion. Des modélisations numériques des procédés de compression conventionnelle et CGV ont été réalisées dans le but de mieux analyser les phénomènes observés et de prévoir le comportement en compression de plusieurs poudres simultanément. Ce travail aboutit à des recommandations pour la mise en oeuvre de la compression de composants multi-matériaux et met au jour quelques caractéristiques de la CGV.
-CGV
-Multimatériaux
-Simulation
-Compression
Among industrial shape processes, powder metallurgy has a high production rate associated to low waste of materials. Manufacturing of multi-material components by die pressing and sintering is useful to reduce the production cycle in order to combine complementary properties. The aim of this thesis is to study an innovative compaction process which can increase production rate and reduce stresses applied on tools: the HVC (High Velocity Compaction), and use it to shape multi-material components. A HVC device has been developed in our laboratory to investigate the influence of HVC on two couples of powders : A couple Fe / WC which combines toughness and hardness properties, a couple 1.4313 steel/Stellite 6 with mechanical resistance associated to corrosion resistance. Numerical simulations of conventional and HVC compaction process have been achieved to analyze phenomenon and predict the behavior of multi-materials components during compaction. This work ends in recommendations for the implementation of the compression of multimaterials components and brings to light some characteristics of the CGV.
-HVC
-Multimaterials
-Simulation
-Compaction
Source: http://www.theses.fr/2011GRENI020/document

Sujets

• Huile végétale carburant
• Régression et dégradation des sols

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 71
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : IMEP2/Matériaux, Méca, Génie civil, Electrochimie
Arrêté ministériel : 7 août 2006



Présentée par
Yann LE GUENNEC


Thèse dirigée par Pierre DOREMUS et
codirigée par Didier IMBAULT

préparée au sein du Laboratoire Sols, Solides, Structures,
Risques (3SR)
dans l'École Doctorale « Ingénierie - Matériaux, Mécanique,
Energétique, Environnement, Procédés, Production »

Compaction conventionnelle
et compaction grande vitesse :
Application aux produits multi-
matériaux et multifonctions


Thèse soutenue publiquement le mercredi 25 mai 2011,
devant le jury composé de :
M. Christian GEINDREAU
Professeur, Université Joseph Fourier, Président
M. Philippe VIOT
Professeur , Université Bordeaux 1, Rapporteur
M. Michel BRUNET
Professeur , INSA de Lyon, Rapporteur
Mme Florence DORE
Docteur ingénieur, CETIM Saint Etienne, Examinateur
M. Gilles GUERRIN
Directeur industriel, Clextral Saint Etienne, Invité
M. Pierre DOREMUS
Maitre de conférences, Grenoble INP, Directeur de thèse
M. Didier IMBAULT
Maitre de conférences, Grenoble INP, Co-directeur de thèse
tel-00605809, version 1 - 4 Jul 2011





REMERCIEMENTS


Les membres du Laboratoire 3SR impliqués dans ces projets remercient la Direction
Générale des Entreprises, le Conseil Général de la Loire et de Saint Etienne Métropole pour
le support financier dédié au projet MULTIMAT, et le pole de compétitivité ViaMéca et la
Fondation CETIM pour leur support financier associé au projet Produits Multi-matériaux
Multifonctionnels.


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tel-00605809, version 1 - 4 Jul 2011
Abstract :
Among industrial shape processes, powder metallurgy has a high production rate associated
to low waste of materials. Manufacturing of multi-material components by die pressing and
sintering is useful to reduce the production cycle in order to combine complementary
properties. The aim of this thesis is to study an innovative compaction process which can
increase production rate and reduce stresses applied on tools: the HVC (High Velocity
Compaction), and use it to shape multi-material components. A HVC device has been
developed in our laboratory to investigate the influence of HVC on two couples of powders :
A couple Fe / WC which combines toughness and hardness properties, a couple 1.4313
steel/Stellite 6 with mechanical resistance associated to corrosion resistance. Numerical
simulations of conventional and HVC compaction process have been achieved to analyze
phenomenon and predict the behavior of multi-materials components during compaction.
This work ends in recommendations for the implementation of the compression of multi-
materials components and brings to light some characteristics of the CGV.
Key-words: powder metallurgy, multi-material components, high velocity compaction,
conventional compaction, numerical simulation.
Résumé :
Parmi les procédés de mise en forme de pièces industrielles, la métallurgie des poudres
autorise une haute cadence de production avec une faible perte de matière première.
L’élaboration de composants multi-matériaux par compression et frittage permet de
minimiser le nombre d’étapes de conception afin de combiner des propriétés
complémentaires. L’objet de cette thèse est l’étude d’un procédé de compression innovant
qui peut augmenter la cadence de production et diminuer les contraintes sur l’outillage : la
CGV (compression grande vitesse), et de l’appliquer à la mise en forme de pièces multi-
matériaux. Une presse à grande vitesse a été développée au laboratoire afin d’étudier
l’influence de la CGV sur deux couples de matériaux : un couple base Fe / base WC,
associant dureté et ténacité, un couple Acier 1.4313 / Stellite 6 associant résistance
mécanique et résistance à la corrosion. Des modélisations numériques des procédés de
compression conventionnelle et CGV ont été réalisées dans le but de mieux analyser les
phénomènes observés et de prévoir le comportement en compression de plusieurs poudres
simultanément. Ce travail aboutit à des recommandations pour la mise en œuvre de la
compression de composants multi-matériaux et met au jour quelques caractéristiques de la
CGV.
Mots-clés : métallurgie des poudres, pièces multi-matériaux, compression grande vitesse,
compression conventionnelle, simulation numérique
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tel-00605809, version 1 - 4 Jul 2011
TABLE DES MATIERES
1 INTRODUCTION GENERALE ..................................................................................... - 9 -
2 METALLURGIE DES POUDRES : ETAT DE L’ART DE LA COMPRESSION CGV . - 14 -
2.1 Introduction............................................................................................................. - 14 -
2.2 Le procédé et positionnement de l’étude................................................................ - 15 -
2.3 La compression conventionnelle en matrice .......................................................... - 17 -
2.4 Le procédé CGV..................................................................................................... - 23 -
2.4.1 Compression à grande vitesse des polymères ............................................... - 24 -
2.4.2 Compression des poudres de fer .................................................................... - 27 -
2.4.3 Compression de poudres Astaloy ................................................................... - 27 -
2.4.4 CGV et onde de choc supersonique ............................................................... - 29 -
2.4.5 Influence de la morphologie des grains........................................................... - 30 -
2.4.6 Compression de poudre Distalloy - 30 -
2.4.7 Compression par explosion des poudres de carbure...................................... - 31 -
2.4.8 Compression des poudres céramiques - 32 -
2.4.9 dres de cuivre ........................................ - 34 -
2.4.10 Simulation d’un impact sur un tas de poudre .................................................. - 34 -
2.4.11 Cas d’une compression par barres d’Hopkinson............................................. - 34 -
2.5 Conclusion sur l’état de l’art de la compression CGV ............................................ - 35 -
3 MISE AU POINT DES PROTOCOLES CGV ............................................................. - 37 -
3.1 Introduction............................................................................................................. - 37 -
3.2 La poudre Distaloy AE............................................................................................ - 38 -
3.3 Dispositif expérimental pour la CGV....................................................................... - 40 -
3.3.1 La presse : Description générale..................................................................... - 40 -
3.3.2 Mécanismes et détails de conception ............................................................. - 41 -
3.3.3 Le dispositif de compression........................................................................... - 43 -
3.3.4 Dispositifs d’acquisition des mesures.............................................................. - 43 -
3.3.5 Analyse de résultats typiques de la compression CGV................................... - 47 -
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tel-00605809, version 1 - 4 Jul 2011
3.3.6 Mode opératoire .............................................................................................. - 47 -
3.3.7 Compression CGV : Densité d’énergie ........................................................... - 48 -
3.3.8 Analyse des enregistrements issus des capteurs de force ............................. - 50 -
3.3.9 Analyse dynamique par camera grande vitesse ............................................. - 52 -
3.3.10 Influence de l’ajout d’un amortisseur............................................................... - 56 -
3.3.11 Analyse du signal avec ................................................................ - 60 -
3.4 Analyse de la compression CGV par simulation numérique .................................. - 62 -
3.4.1 Simulation numérique de la réponse fréquentielle du capteur ........................ - 62 -
3.4.2 Simulation numérique du procédé................................................................... - 66 -
3.4.3 Etalonnage numérique des capteurs............................................................... - 66 -
3.4.4 Modélisation du comportement de la poudre .................................................. - 67 -
3.4.5 Simulation du procédé......