Academic literature on the topic 'Fonte à graphite lamellaire'

The isothermal decomposition of austenite to ferrite and graphite in a spheroidal graphite cast iron was investigated by dilatometry, metallography and image analysis. The results gave quantitative, although indirect, information on the kinetics of carbon transfer from austenite to graphite, as well as on the kinetics of the austenite to ferrite and graphite transformation. The relations between these kinetics and the graphite nodule count was highlighted. The incubation period before ferrite growth was found to be associated with a global contraction of the material, in spite of the related increase of the graphite volume fraction. Calculations showed good agreement with experimental results, except for the rate of carbon transfer, which was found to be much slower experimentally than predicted by calculations based on the volume diffusion of carbon. Possible reasons for this discrepancy are discussed.

Cette thèse vise à développer une démarche de dimensionnement à la fatigue thermomécanique de disques de freins automobiles en fonte à graphite lamellaire. La première étape est la proposition d'une loi de comportement cyclique permettant de représenter les phénomènes non-linéaires ainsi que la forte dissymétrie de comportement entre traction et compression observés sur la fonte GL. Le modèle s'appuie sur l'introduction d'un tenseur d'endommagement d'ordre 2 induit par le chargement. A partir de l'analyse des mécanismes d'endommagement, on propose ensuite un critère de fatigue fondé sur la densité d'énergie dissipée par cycle, permettant de prédire l'amorçage de fissures dans les zones critiques. On s'intéresse enfin à l'étude de la formation d'un réseau de faïençage observé sur les pistes des disques de frein
This thesis aims at developing an approach for thermomechanical fatigue design of automotive brake discs made of flake graphite (grey) cast-iron. The first step of this work consists of modeling the nonlinear cyclic behavior and tension/compression strong dissymmetry of grey cast iron. The proposed model is based on the introduction of a second-order induced damage tensor. From the analysis of the damage mechanisms, a fatigue criterion based on the dissipated energy per cycle, allowing crack initiation in the critical areas to be defined, is proposed. Finally, the formation of crack networks on braking discs is studied

Le phénomène de stiction se traduit à l’interface disque-patin de frein par l’adhésion du patin au disque lors d’un serrage suffisamment long du frein de parking. Les mécanismes à l’origine de ce phénomène sont, à ce jour, largement inexpliqués. Cependant, à partir d’observations effectuées sur des surfaces de couples disque-patin ayant subi une stiction, l’hypothèse selon laquelle les produits de corrosion du disque, en s’incrustant dans les pores du matériau de friction, seraient à l’origine de ce phénomène, a été privilégiée. Les travaux de cette thèse ont porté sur la compréhension du phénomène de stiction en s’articulant sur trois volets qui sont : (a) la caractérisation du comportement électrochimique de divers couples disque-patin à l’aide de mesures de suivi du potentiel de corrosion, de spectroscopie d’impédance électrochimique et de voltampérométrie, (b) l’étude mécanistique des phénomènes de corrosion à l’interface disque-patin et (c) l’étude de l’effet de la pression sur les phénomènes de corrosion du couple disque-patin. L’étude sans force de serrage nous a permis, d’une part, de mettre en évidence une réactivité exacerbée du disque en présence du patin et d’autre part d’établir un critère de sélection de couple disque-patin. Le suivi du déplacement du patin lors des mesures électrochimique sous presse a permis de mettre en évidence que les produits de corrosion, en s’accumulant à l’interface disque-patin, exerçaient une force sur le patin, confirmant l’hypothèse émise au cours de cette thèse pour expliquer le phénomène de stiction
The phenomenon of stiction occurs at the pad-brake disc interface by the adhesion of the pad to the disc when the parking brake is applied long enough. The mechanisms behind this phenomenon are, to date, largely unexplained. However, from observations made on surfaces of disc-pad pairs having undergone a stiction, the hypothesis according to which the corrosion products of the disc, by becoming encrusted in the pores of the friction material, would be at the origin of this phenomenon, was privileged. The work of this thesis focused on understanding the phenomenon of stiction by focusing on three components which are: (a) the characterization of the electrochemical behavior of various disc-pad couples using measurements to monitor the corrosion potential, electrochemical impedance spectroscopy and voltammetry, (b) the mechanistic study of corrosion phenomena at the disc-pad interface and (c) the study of the pressure effect on corrosion phenomena of the disc-pad couple. The study without a clamping force allowed us, to demonstrate an exacerbated reactivity of the disc in the presence of the pad and to establish a selection criterion for the disc-pad torque. Monitoring the movement of the pad during electrochemical measurements with a clamping force revealed that corrosion products, accumulating at the disc-pad interface, exerted a force on the pad, confirming the hypothesis put forward during this thesis to explain the phenomenon of stiction

L’étude présentée est consacrée à l’usinabilité de la fonte à graphite vermiculaire. Celle-ci se situe entre la fonte à graphite lamellaire et la fonte à graphite sphéroïdale par rapport à la forme du graphite constituant ce matériau. Elle est utilisée depuis plus de cinq ans dans les blocs moteurs diesel afin d’améliorer les performances et de diminuer les rejets atmosphériques pour respecter les nouvelles normes Européennes. Pour évaluer l’usinabilité d’un matériau, il faut s’étalonner par rapport à un matériau de référence. Dans notre cas, la fonte à graphite vermiculaire a été comparée à la fonte à graphite lamellaire. Des essais de tractions ont permis d’obtenir les propriétés mécaniques du lot de matière utilisé pour la campagne d’essais d’usinage ; ceci, afin de se situer dans la gamme de ce type de fonte. Les plaquettes d’usinage ont été caractérisées par nano-indentation. Les revêtements PVD et CVD ont subit des essais de micro-rayure afin de caractériser leur adhésion sur leurs substrats respectifs. La mise en place d’un plan d’expérience a permis de limiter le nombre de plaquettes d’usinage prototypes à réaliser. Des essais tribologiques de type pion/disque ont révélé des pistes exploitables pour la compréhension des phénomènes de frottement et d’usures mis en jeu lors de l’usinage de la fonte à graphite vermiculaire
This study deals with machinability of compacted graphite iron. This material is in-between grey cast iron and nodular cast iron due to the graphite particle shape. It is used for manufacturing diesel engine blocks so as to increase performances and reduce carbon emissions to comply with Euro 5 norm. It is necessary to compare one material to a reference material to evalute machinability criterium. In our case, compacted graphite iron has been compared to grey cast iron. Tensile tests have given us mechanical properties of our test pieces batch used for machining tests. It helped us to qualify the material in its own material range. Inserts have been characterized by nanoindentation. PVD and CVD coatings were benchmarked in microscratch way to determine their respective adhesion to theirs substrates A design of experiment has been setted up so as to reduce number of inserts protypes to be manufactured. Pin on disk tribologic tests gave few hints to have a better understanding of friction phenomena and wear during compacted graphite iron machining

Les fontes de fer sont des matériaux largement utilisés dans de nombreux domaines allant de l’industrie automobile au secteur de l’énergie en passant par la fabrication des tuyaux d’adduction d’eau. Du fait de la teneur en carbone élevée de ces alliages, du graphite et/ou des carbures de fer précipitent pendant la solidification. Les propriétés finales des pièces dépendent alors de la nature de la matrice, de la présence ou non de carbures et surtout de la forme du graphite. Celui-ci peut cristalliser sous la forme de lamelles, de sphères ou de particules de formes intermédiaires. Les éléments présents à l’état de traces dans le bain de fonte liquide influencent de manière considérable la croissance du graphite et conditionnent sa forme finale. Leur moyen d’action ainsi que le mécanisme de croissance du graphite sphéroïdal sont encore un sujet de débat et cette thèse a pour objectif de contribuer à la compréhension des phénomènes mis en jeu. Les échantillons utilisés ont été élaborés selon le procédé de coulée par centrifugation, son influence sur les mécanismes étudiés est d’ailleurs au cœur de ce projet. Les différents essais et analyses réalisés prouvent que la structure des nodules observés dans les échantillons centrifugés est la même que dans le cas des pièces moulées en sable. De plus, les éléments traces montrent une action similaire lors de la solidification et pendant la croissance en phase solide durant le traitement thermique destiné à éliminer les carbures. Ces résultats suggèrent que le mécanisme de croissance du graphite sphéroïdal est le même lors de la croissance à partir du liquide ou en phase solide par décomposition des carbures. Une proposition est d’ailleurs faite pour expliquer le développement des nodules par une germination continue du graphite sur les plans de base conjuguée à une croissance selon les directions prismatiques. Un modèle mathématique associé à ce mécanisme est présenté et son application au procédé de centrifugation donne des résultats en accord avec les observations expérimentales
Cast irons are widely used in the foundry industries for applications mainly in the automotive, energy and pipes industries. Because of the high carbon content, graphite and/or iron carbides appear during solidification. The properties of the casting depend on the nature of the matrix, the presence or not of carbides and the shape of the graphite. It can crystallise under the form of lamellae, spheroids or particles with an intermediate shape. Trace elements present in the melt strongly influence graphite growth and shape. Their action and the growth mechanism of the spheroidal graphite are still under debate and the aim of this project is to contribute to the understanding of these phenomena. The samples have been cooled by the centrifugal casting process whose influence on the studied mechanisms is the focus of this project. The different analyses that have been carried out show that the structure of the nodules is the same in centrifugated and sand mold castings. Moreover, the trace elements exhibit a similar action during solidification and solid state growth during heat-treatment for carbide dissolution. These results suggest that the growth mechanism of spheroidal graphite is the same during growth from the liquid and by solid state decomposition of carbides. A schematic is proposed to explain the growth of the nodules by a continuous nucleation on the basal surface of the graphite coupled to a growth along the prismatic directions. A mathematical model associated to this mechanism is presented and its application to the centrifugal casting process gives results in good agreement with experimental observations

Les mécanismes d'endommagement sous sollicitation monotone et pour différents taux de triaxialité (x) ont été étudiés expérimentalement. Le comportement mécanique est caractérisé en termes de composantes de l'écrouissage : contraintes effective (interactions à courte distance) et interne (interactions à longue distance) l'influence du dommage est finalement considérée via l'écriture d'un potentiel plastique pour matériaux poreux (type Gurson-Tvergaard). La fonte GS comporte plusieurs niveaux d'hétérogénéités microstructurales jouant un rôle primordial sur les cinétiques de dommage : biphasage, microtexture des grains ferritiques autour des inclusions, hétérogénéité de fraction volumique locale des particules. L'étude de l'endommagement repose sur la méthode de l'approche locale de la rupture. La germination des cavités dans la fonte est continue en fonction d'une contrainte macroscopique Z c (distribution normale de la cinétique en accord avec Chu-Needleman). Le caractère continue résulte de phénomènes d'interaction entre inclusions proches et de l'hétérogénéité de fraction volumique locale. La caractérisation de la croissance des cavités permet d'identifier les paramètres qi, q2 du potentiel de Gurson-Tvergaard. Une fraction volumique critique de dommage est finalement établie en fonction du taux de triaxialité. Cette dépendance est expliquée par des mécanismes de coalescence différents selon x. L'importance des hétérogénéités nécessite de distinguer la nature de l'écrouissage. Une modification du potentiel de Gurson-Tvergaard est alors proposée. Une excellente corrélation est obtenue entre comportements expérimental et modélisé (x = 1/3). On démontre ainsi que dans la fonte GS, seul l'écrouissage effectif est directement affecté par le dommage (constatation validée expérimentalement par des essais sur fonte initialement poreuse (décarburée)).

Les compresseurs utilisés pour le soufflage des bouteilles en plastique sont généralement constitués d'un cylindre, d'un piston et de segments qui doivent assurer l'étanchéité entre les pièces et jouer un rôle de lubrifiant. Les segments sont donc en matériaux dits «autolubrifiants» tels que le polytétrafluoroéthylène (PTFE). Cependant des débris d'usure sont générés lors du frottement. Leur morphologie est indicatrice des mécanismes d'usure. Des essais de frottement ont été menés avec un tribomètre alternatif en contact plan/plan. Les matériaux testés étaient en polytétrafluoroéthylène, pur ou renforcés contre de la fonte grise lamellaire. Après caractérisation des matériaux, les attributs morphologiques des débris ont été déterminés par des techniques de traitement d'images. Des mécanismes d'usure ont été proposés ainsi que des corrélations entre les caractéristiques des débris, les taux d'usure et le tribosystème grâce à la fouille de données
The compressors used for the blowing of the plastic bottles generally consist of a cylinder, a piston and segments which must ensure at the same time the sealing between the parts and the lubrication. The segments must be in materials known as "self-lubricating" such as polytetrafluoroethylene. However, during the contact, wear partic1es can be generated. Their morphology is an indicator of the wear process. Mechanical tests of friction were carried out with an alternate tribometer in a plane contact configuration. The materials tested were polytetrafluoroethylenes, pure or reinforced against lamellate grey cast iron. After the characterization of materials, the morphological partic1e attributes are determined by image analysis technique. Wear mechanisms are proposed and correlations between the characteristics of the wear particles, the wear rates and the tribosystem are obtained thanks to the data mining

Pour simuler l'apparition et l'evolution des microporosites lors de la solidification de la fonte g. S. Notre etude repose sur une approche couplee micro/macroscopique, via l'homogeneisation periodique, de phenomenes en interaction: mecanique, thermique, changements de phase. A partir de l'analyse du processus de solidification une cellule ou cohabitent liquide, graphite et austenite est definie. La premiere etape est mecanique. Dans le cas d'une adhesion parfaite nous deduisons des lois de comportement elastoplastiques parfaites de ses constituants et de l'evolution de la deformation macroscopique le comportement homogeneise de notre cellule. Puis nous passons a une homogeneisation pseudo periodique. En introduisant des elements de contact a l'interface liquide/solide des porosites apparaissent. . . Dans un deuxieme temps nous abordons l'homogeneisation pseudo periodique thermique. Nous supposons d'abord l'adhesion parfaite. Des elements de resistance thermique sont introduits a la meme interface. Le degagement de chaleur latente est aussi pris en compte. Enfin nous procedons au couplage de ces precedents mecanismes. Apres avoir envisage une deformation d'origine thermique nous traitons le couplage complet ou interagissent etat de contact et evolution thermique

Un panorama des lois de cumul d'endommagement en fatigue a grand nombre de cycles est présente, en précisant les hypothèses et les configurations de chargement pour lesquelles elles sont applicables. Plusieurs essais de cumul ont été réalises sur des éprouvettes en fonte gs sans concentration de contrainte, soit a deux niveaux, soit avec une succession aléatoire de blocs de cinq niveaux différents d'une même sollicitation (flexion, torsion, flexion-torsion) ou d'un mélange de sollicitations. Les prévisions des lois sont confrontées aux résultats de ces essais dont l'interprétation statistique montre en fait que la variable fraction de vie n'est pas la mieux adaptée à ce problème. D'autres essais par blocs a deux niveaux répètes alternativement jusqu'a rupture ont permis d'étudier l'influence, sur l'évolution de l'endommagement, de blocs de chargement inférieurs a la limite d'endurance conventionnelle. L'existence d'une nouvelle limite, inférieure a la limite usuelle est mise en évidence ; des blocs de chargement inférieurs a cette limite, mélanges a des blocs supérieurs a la limite d'endurance conventionnelle ne participent pas de façon notable a l'évolution de l'endommagement. Ce constat a été conforte par des observations en microscopie électronique a balayage. Cette nouvelle limite conduit à introduire un concept original qui permet de proposer une évolution du critère énergétique du l. A. M. E. F. Qui, contrairement a toutes les formulations existantes, distinguent les limites d'endurance en traction, flexion plane et flexion rotative. Ce critère, pour l'instant limite aux chargements alternes symétriques, est en très bon accord avec de nombreux résultats d'essais multiaxiaux sur plusieurs matériaux

Cette étude porte sur l'influence de l'endommagement sur la loi de comportement et sur la ténacité de la fonte a graphite sphéroïdal. La microstructure des fontes GGG 40, GS 52 5%, GS 52 25%, a été caractérisée par analyse à la microsonde, observation au MEB, et analyse d'images. L’endommagement est décrit d'une part à l'échelle macroscopique par les paramètres D, le coefficient de dilatance et l'évolution du coefficient de poisson plastique, et d'autre part a l'échelle microscopique par observation au MEB des différents stades de la décohésion de l'interface graphite/matrice. Nous trouvons que la décohésion apparait des les premiers stades de la déformation plastique macroscopique. D augmente de 30% quand la déformation plastique varie de 0 à 2%, puis l'endommagement se stabilise jusqu'a la rupture finale. Les différents types de graphite donnent les mécanismes d’endommagement différent. La fonte ne peut donc pas être considérée comme un matériau dense. La contrainte critique à l'interface pour la décohésion est de 82 MPA. La modélisation numérique de la loi de comportement montre que en tenant compte des effets du palier de plasticité, de l'empilement des nodules, des contraintes résiduelles, les nodules de graphite peuvent être remplacés par des cavités en accord avec les observations des mécanismes d'endommagement. La taille de la zone endommagée en tête de fissure a été déterminée par observation sur une éprouvette CT 25 de fonte GGG 40 et par des calculs analytique et numérique rendant compte de l'effet de la contrainte hydrostatique. Les résultats expérimentaux et ceux des modèles montrent bien que l'endommagement joue un rôle important dans le cas des éprouvettes CT 25. L’endommagement en tête de fissure modifie la valeur conventionnelle de kC, et entraine une augmentation de la ténacité par comparaison avec celle de la matrice massive. En présence de cavités nous montrons que, l'état de contrainte ne joue pas le même rôle sur la taille de la zone plastique que dans les matériaux denses.

Les études réalisées sur l'insertion dans le graphite des alliages alcalin lourd-mercure et alcalin lourd-thallium, présentaient aujourd'hui un certain nombre de points obscurs et même des lacunes (structure des thallographitures). Une étude approfondie de l'action sur le graphite de ces alliages nous a permis de déterminer ou de confirmer les conditions thermodynamiques de formation des divers composes ternaires, ainsi que de mettre en évidence les mécanismes réactionnels. L'examen structural de ces composés a fourni un très grand nombre de renseignements concernant l'organisation cristalline des feuillets métalliques insérés. On a pu montrer que les thallographitures étaient réellement ordonnés, et ce, aussi bien dans la direction de l'axe c que dans le plan perpendiculaire. Des mesures de résistivité électrique ont été réalisées sur ces ternaires dans les directions parallèle et perpendiculaire aux feuillets carbonés. Dans la première direction, la conductivité s'avère être de type métallique, tandis que dans la seconde, les phénomènes observés font intervenir des processus de conduction encore mal connus à l'heure actuelle