Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et...
TRANSCRIPT
![Page 1: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/1.jpg)
Élaboration d’un alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre
microstructure et propriétés mécaniques
Universidad de Chile, Santiago
Par Thomas BrunStage de M1 Technologie Mécanique
du 9 Mai au 22 Août 2005
![Page 2: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/2.jpg)
Plan de la présentation
1. Présentation du lieu du stage
2. Présentation du sujet
3. Fabrication des matériaux
4. Essais réalisés
5. Conclusion
![Page 3: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/3.jpg)
Le Chili• Superficie : 757 000 km² - 4300 km de long (nord/sud)
100 km / 200 km de largeur moyenne (est/ ouest) • Population : 14 500 000 habitants• Capitale : Santiago du Chili (5 000 000 habitants)• Système politique : république, régime présidentiel • Chef d'état : Ricardo Lagos depuis le 12 mars 2000 • Langues : espagnol (langue officielle), aymara et mapuche
1. Présentation du lieu de travail 1/19
![Page 4: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/4.jpg)
Universidad de Chile
• L’une des 3 meilleures universités publiques du Chili
• 162 ans d’existence
• 13 campus dans Santiago centre
• 1200 élèves sur le seul campus de Beauchef (physique et ingénierie)
1. Présentation du lieu de travail 2/19
![Page 5: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/5.jpg)
Lieu et équipe de travail
• Responsable projet :
Professeur M. ElguetaDepartamiento de Ingenieria Mecanica, U. de Chile
3/191. Présentation du lieu de travail
• Collaborateurs :
David Oses& Rodrigo Sequel
Étudiants de 4ème année au Departamiento de Ingenieria Mecanica, U. de Chile
dans le cadre de leurs mémoires de fin d’étude
![Page 6: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/6.jpg)
Antécédents du projet
• Projet basé sur le mémoire de fin d’études :
« Comportement mécanique à la fatigue de matériaux composites à base cuivre renforcée de carbure de
tungstène »Par Pablo Enrique Astudillo Maillard, 2004, Universidad de Chile.
2. Présentation du sujet 4/19
![Page 7: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/7.jpg)
Déterminer la variation des propriétés mécaniques en traction et en fatigue en fonction de
la fraction volumétrique et la taille des particules de renfort dans un alliage Cu-WC
Objectifs2. Présentation du sujet 5/19
→ Fabrication des matériaux
→ Essais de traction
→ Essais de flexion
→ Relation à la microstructure
![Page 8: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/8.jpg)
Mélange mécanique de poudres
Méthode de fabrication (1/2)
3. Fabrication des matériaux 6/19
Compaction à froid
![Page 9: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/9.jpg)
Extrusion à chaud
Méthode de fabrication (2/2)
3. Fabrication des matériaux 7/19
Mise en capsule sous vide
Puis les éprouvettes sont usinées sur un tour conventionnel et rectifiées sur un tour numérique
(norme ASTM E 466)
![Page 10: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/10.jpg)
• L’extrusion est un procédé délicat dans lequel aucun de nous n’avait d’expérience. Les variables à maîtriser sont nombreuses :
– Températures et temps de chauffage des 5 différentes pièces
– Vitesse d’avance du poinçon
– Pression appliquée
La bibliographie sur le sujet est peu fournie.
• Processus long a mettre en place (une extrusion par jour).
→ beaucoup de matériel pas toujours disponible:
fours défectueux ou utilisés par d’autres projets, machines en réparation, etc.
• Matrices d’extrusion sont endommagées trop rapidement → délais importants.
• Le contrôle des températures et temps de chauffage des pièces est imparfait : certains fours chauffent à des vitesses variables, d’autres ont des capteurs défectueux, etc.
Problèmes rencontrés3. Fabrication des matériaux 8/19
![Page 11: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/11.jpg)
Objectif : « faciliter » l’extrusion
• Augmentation de la température de chauffage du matériau
• Diminution de la taille du solide compacté (donc de la capsule) → effort nécessaire à l’extrusion plus faible.
• Traitement thermique de la matrice : trempe et revenu.
Solutions apportées3. Fabrication des matériaux 9/19
![Page 12: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/12.jpg)
• Matériau : cuivre (Cu) renforcé de carbure de tungstène (WC)5 types de matériaux différents :– Cu+ 1% WC, particules de 6-10µm
– Cu+ 10% WC, particules de 6-10µm
– Cu+ 15% WC, particules de 6-10µm
– Cu+ 10% WC, particules de 4,3µm
– Cu+ 10% WC, particules de 23µm
• 8 éprouvettes de fatigue et 1 de traction pour chaque matériau.
Matériaux fabriqués3. Fabrication des matériaux 10/19
![Page 13: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/13.jpg)
• Essais de traction→ confiés à une entreprise extérieure, faute de moyens techniques.
• Essais de fatigue par flexion rotative
Les essais réalisés4. Essais réalisés 11/19
Moteur électrique
Capteur
Compte-tours
Éprouvette
Effort
![Page 14: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/14.jpg)
• Évolution de la dureté en fonction du nombre de cycles sous charge
(dureté Vickers, charge 2kg)
Traitement des essais de fatigue
4. Essais réalisés 12/19
• Mesures de microdureté en fonction de la distance à une particule de WC.
![Page 15: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/15.jpg)
Résultats des essais de traction
(1/2)
5. Conclusion 13/19
Influence de la fraction volumique
0
10
20
30
40
50
60
Déformation (%A) 8,46 3,09 4,1
Striction (%) 51 3,98 8,84
1% 6-10 10% 6-10 15% 6-10
250
270
290
310
330
350
370
Lilmite élastique (0,2%) en MPa 286,1 292,1 282
Effort maximal en MPa 360,3 356,9 345,5
1% 6-10 10% 6-10 15% 6-10
Une fraction volumique faible permet de garder les propriétés de ductilité de la matrice;
La limite élastique en traction est supérieure pour une f.v. ‘moyenne’
![Page 16: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/16.jpg)
Résultats des essais de traction
(1/2)
5. Conclusion 14/19
250,00
270,00
290,00
310,00
330,00
350,00
370,00
Limite élastique (0,2%) enMPa
302,50 292,10 277,90
Effort maximal en MPa 369,10 356,90 343,00
10% 4,3 10% 6-10 10% 230,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
Déformation (A%) 3,90 3,09 3,11
Striction (%) 10,65 3,98 12,26
1% 6-10 10% 6-10 15% 6-10
Influence de taille des particules
Des particules de petite taille donnent clairement un meilleur comportement en traction
![Page 17: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/17.jpg)
Résultats des essais de fatigue5. Conclusion 15/19
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
10% 4,3 10% 6-10 10% 23
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
1% 6-10 10% 6-10 15% 6-10
Influence de la taille des particules
Influence de la fraction volumique
![Page 18: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/18.jpg)
Résultats des essais de dureté 5. Conclusion 16/19
100110120130140150160170180190200
0 20000 40000 60000 80000
Nb de cycles
Dur
eté
Hv2
10% 23µm
10% 6-10µm
10% 4,3µm
1% 6-10µm
15% 6-10µm
![Page 19: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/19.jpg)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 10 20 30 40 50 60
Résultats des essais de microdureté
5. Conclusion 17/19
Distance à la particule de WC en µm
Dureté HVMesures autour de 3 particules au hasard
Éprouvette :1% WC 6-10µmÉprouvette :10% WC 23µm
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Éprouvette :10% WC 4,3µm
La dureté augmente lorsqu’on s’approche d’une particule.
Détermination du mécanisme de rupture
![Page 20: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/20.jpg)
• Des particules de petite taille donnent clairement un meilleur comportement en traction.Des particules de taille ‘moyenne’ donnent les meilleurs résultats en fatigue de flexion.
• Une fraction volumique faible permet de garder les propriétés de ductilité de la matrice en traction et augmente le nombre de cycles à rupture.
• La limite élastique en traction est supérieure pour une f.v. ‘moyenne’.
• Mécanisme de rupture : décohésion de l’interface matrice particule.
Conclusion (1/2)
5. Conclusion 18/19
![Page 21: Élaboration dun alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062404/551d9d83497959293b8be712/html5/thumbnails/21.jpg)
• Perspectives
• Apport personnel
Conclusion (2/2)
5. Conclusion 19/19
Remerciements à :René Billardon, Marcelo Elgueta, David Oses, Rodrigo Sequel ; à mes amis chiliens Dago, Edy, Fabiola, Pancho, Jorge, Alex ; à Ewen et Sarah.