DOCTORAT DE l'I N P T

Gilles Dour

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
DOCTORAT DE l'I.N.P.T. Spécialité: Matériaux - Structure - Mécanique DIACONU Gabriel Laboratoire: Centre de recherche Outillages Matériaux et Procédés (CROMeP) Titre de la thèse: Contribution à l'optimisation des revêtements des moules de fonderie – application aux outillages de coulée centrifuge Soutenue le: 8 Décembre 2004 Directeur de thèse: Farhad REZAI-ARIA Co-directeur : Gilles DOUR JURY : M . J.J Serra Directeur centre de recherche DGA…… Rapporteur M . P. Dufrenoy Professeur U. Techn. de Lille…….…….. Rapporteur M . A. Andrieu Professeur INPT ………………………. Examinateur M . F. Rezai Aria Professeur EMAC ……………………... Examinateur M . G. Dour MA EMAC …….….….….….………….. Examinateur M . D. Girardin Docteur Ing R&D St Gobain PAM……. Examinateur

• résistances thermiques de contact


• durée de vie des coquilles de centrifugation des tuyaux en fonte


• optimisation des revêtements des moules


• coefficient de dilatation thermique


• méthode d'évaluation de flux thermique par méthode inverse


• choix des revêtements


• professeur eric

Sujets

• Girardin
• École des Mines

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 décembre 2004
• Nombre de lectures: 42
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

DOCTORAT DE l'I.N.P.T.
Spécialité: Matériaux - Structure - Mécanique

DIACONU Gabriel
Laboratoire: Centre de recherche Outillages Matériaux et Procédés (CROMeP)
Titre de la thèse: Contribution à l’optimisation des revêtements des moules de
fonderie – application aux outillages de coulée centrifuge


Soutenue le:
8 Décembre 2004

Directeur de thèse: Farhad REZAI-ARIA
Co-directeur : Gilles DOUR


JURY : M . J.J Serra Directeur centre de recherche DGA…… Rapporteur
M . P. Dufrenoy Professeur U. Techn. de Lille…….…….. Rapporteur
M . A. Andrieu Professeur INPT ………………………. Examinateur
M . F. Rezai Aria Professeur EMAC ……………………... Examinateur
M . G. Dour MA EMAC …….….….….….………….. Examinateur
M . D. Girardin Docteur Ing R&D St Gobain PAM……. Examinateur MOTS CLES :
Thermal barrier, mechanical screening, thermal stresses, FGM, centrifugal casting
RESUME :
L’objet de ce travail est d’améliorer la durée de vie des coquilles de centrifugation
des tuyaux en fonte. Leur paroi interne est soumise à des flux thermiques intenses
(de l’ordre de quelques MW/m²) durant plusieurs secondes. L’utilisation d’un dépôt
céramique et / ou métallique est envisagée pour assurer la protection de cette
surface. Afin d’évaluer l’intérêt des revêtements, notamment les dépôts obtenus par
projection thermique et par soudure, nous développons une méthode d’évaluation de
flux thermique par méthode inverse à partir des enregistrements de températures
des coulées expérimentaux. Nous analysons le comportement thermo-élastique de
bi-matériaux en fonctions des paramètres comme : le rapport des conductivités
thermiques des deux matériaux, le rapport des coefficients de dilatation thermique, le
rapport de module de Young, la résistance thermique de contact et l’épaisseur de
revêtements. Nous avons essayé d’optimiser le revêtement pour deux effets
recherchés : l’écran thermique pour protéger le substrat et l’écran thermo-mécanique
pour assurer l’intégrité de l’assemblage.
Nous tirons de la littérature, mesurons ou estimons les données nécessaires au
calcul du champ de température et de contrainte dans un tel essai, à savoir, pour
l’acier 20CD10, CuCrZr, Silk 414, Silk 34, Silk 113, ZrO , NiCrAlY, WCCo, NB, la 2
conductivité thermique, la chaleur massique, la diffusivité thermique, le coefficient de
dilatation thermique, le module d’Young et la limite d’élasticité.
Nos démarches nous ont permis de tracer des chartes pour faciliter le choix des
revêtements pour un substrat donné.












A mon épouse Florentina,
A ma Mère, mon Père et mon Frère










Remerciements


Aucun travail n’est possible dans l’isolement. Les rencontres, les conseils et les
encouragements constituent des aides précieuses souvent décisives. C’est pourquoi je tiens
à remercier ici tous ceux qui ont contribué à ce travail parfois sans le savoir ou du moins
sans mesurer la porté de leur influence.

Je souhaite tout d’abord remercier Monsieur le Professeur Farhad REZAI-ARIA, de
m’avoir accueilli parmi ses élèves, et d’avoir ainsi bien voulu partager avec moi sa passion
pour la recherche. La rigueur du raisonnement, le refus de toute idée préconçue, la remise
en question perpétuelle même de ce qui semble établi, demeure à mes yeux les points forts
de son enseignement et de ses directions de recherche. Cette thèse lui doit beaucoup.

Je suis très reconnaissant à Monsieur Jean - Jaques SERRA, Directeur de centre de
recherche de la DGA situé à Odeillo - Font Romeu, qui a bien voulu accepter de faire partie
de ce jury et de faire un rapport sur mon travail.

Je remercie grandement Monsieur le Professeur Philippe DUFRENOY, Université de
Sciences et Technologies de Lille, qui a bien voulu accepter de faire partie de ce jury et de
faire un rapport sur mon travail.

Je tiens à remercier Monsieur le Professeur Eric ANDRIEU, Responsable de l’axe de
recherche “Transformations de phase“ au laboratoire CIRIMAT INP Toulouse, qui malgré ses
responsabilités a bien voulu s’intéresser à mon travail et présider ce jury.

Je suis extrêmement reconnaissant à Monsieur Gilles DOUR, Maître Assistant
CROMEP, Ecole des Mines d’Albi - Carmaux, d’avoir bien voulu partager avec moi ses
réflexions sur le comportement des matériaux, en particulier en ce qui concerne la fonderie.
Je le remercie aussi pour ses avis, sa bienveillance au cours de mes recherches, sa grande
disponibilité, et sa participation à ce jury.

Je suis extrêmement reconnaissant à Monsieur Denis Girardin, Docteur Ingénieur
R&D St Gobain PAM, pour ses conseils avisés au cours de mes recherches, et sa
participation à ce jury.
5 Contribution à l’optimisation des revêtements des moules de fonderie

Tous les chercheurs connaissent des périodes de doute, dans ces moments le soutien
discret d’une famille est essentiel. Je remercie pour cela mon épouse Florentina, mes
parents et mon frère Daniel.

Des solides amitiés sont aussi un refuge et une force. Un grand merci donc à mes
amis Alexandre Martinier et Carol Goalard pour nos nombreuses discussions et pour leurs
encouragements.

Pour leur aide, pour les discussions que j’ai pu avoir avec eux, je remercie Christine
Arancet, Esthere Ramirez, Christine Boher, Pascale Lamesle, Serge Tovar, Fabrice Rossi…
que ceux que j’oublie ici me pardonnent.


6 Sommaire

Sommaire:
Introduction ...................................................................................................17
1. Introduction à l’étude............................................................................... 21
1.1. L’implication industrielle de l’étude ...............................................................22
1.1.1. Installation de coulée par centrifugation horizontale [10].........................22
1.1.1.1. La machine à centrifuger...................................................................23
1.1.1.2. Les coquilles de centrifugation..........................................................23
1.1.1.3. Le système d’alimentation.................................................................25
1.1.1.4. Le système d’extraction ....................................................................25
1.1.2. Fabrication d’un tuyau .............................................................................26
1.1.2.1. Inspection et essais sur les tuyaux ...................................................28
1.1.3. Position du problème industriel, choix des matériaux..............................28
1.1.3.1. L'ovalisation ......................................................................................29
1.1.3.2. Le faïençage .....................................................................................29
1.1.3.3. La fissuration30
1.1.4. L'enjeu industriel31
1.1.4.1. Synthèse des travaux réalises au CRD de Saint Gobain PAM .........32
1.2. Les procédés utilisés pour obtenir des recharges.........................................40
1.2.1. Le dépôt par voie humide ........................................................................41
1.2.2. La déposition par la voie sèche ...............................................................44
1.2.2.1. Projection Thermique44
1.2.2.2. Rechargement par soudure [46] .......................................................46
1.2.2.3. Dépôts chimiques en phase vapeur CVD [25] ..................................47
1.2.2.4. Dépôts physiques en phase vapeur PVD [25]...................................50
1.3. Techniques expérimentales et modèles appliquées aux revêtements..........53
1.4. Méthode préconisée pour aborder cette étude .............................................62
2. Mesures expérimentales......................................................................... 65
2.1. Mesures de température...............................................................................66
2.2. Techniques pour déterminer les propriétés physiques des rechargements
massifs et des revêtements fins .........................................................................................81
2.2.1. iétés mécaniques des matériaux
solides 81
7 Contribution à l’optimisation des revêtements des moules de fonderie
2.2.1.1. Module d’élasticité [85-87].................................................................81