Letteratura scientifica selezionata sul tema "Métaux – Extrusion"

L’objectif de ce travail est, d’une part, d’expliquer le mécanisme de formation d’extrusion-intrusion par fatigue oligocyclique à température ambiante à la surface d’un acier martensitique à 12% de chrome et, d’autre part, de définir le rôle des différentes interfaces de la microstructure sur la formation des extrusions et des intrusions. L'analyse en microscope à force atomique de la surface de l'échantillon après chaque interruption de l’essai de fatigue oligocyclique a révélé deux morphologies d'extrusions qui ont été appelées extrusions principales et extrusions secondaires. L’étude des évolutions microstructurales sous les marques de glissement à l’aide de la microscopie électronique à transmission a confirmé la localisation des extrusions principales à proximité des différentes interfaces de la structure martensitique ou des murs des cellules de dislocations, et prouvé la localisation des intrusions dans les interfaces elles-mêmes. Quant aux extrusions secondaires, leur localisation à l'intérieur des lattes a également été validée. L'ensemble des résultats confrontés au modèle de Polak a conduit à proposer un mécanisme de formation des extrusions et intrusions à la surface de l'acier martensitique hiérarchiquement organisé. Ainsi, les différents joints inhérents à la structure martensitique et les cellules de dislocation formées par fatigue jouent un rôle primordial dans la création des intrusions
The objective of this work is to explain the mechanism of extrusion-intrusion pair formation in a 12%Cr martensitic steel during low cycle fatigue at room temperature in regards to the different interfaces creating the material complexity. The atomic force microscope analysis of the specimen surface after each interruption step of low cycle fatigue test revealed two different morphological types of extrusions that were named principal and secondary extrusions. The transmission electron microscope investigation of microstructural evolutions under the fatigue slip markings demonstrated the localization of principal extrusions in the vicinity of different martensitic boundaries as well as of fatigue dislocation cell walls, and the localization of intrusions in the boundaries or walls themselves. As for the secondary ones, their localization inside the laths was validated too. The ensemble of results together with the Polak’s model helped to propose the mechanism of formation of fatigue slip markings in the hierarchically organized martensitic steel. Thus, the existing different boundaries and the formed dislocation cells were found to play a definitive role in the creation of intrusions. As follows, the martensitic hierarchical interfaces and dislocation cell walls are considered to be a source of dislocations and at the same time a sink for vacancies

L’extrusion des matériaux à base cimentaire est un procédé de mise en forme encore très peu utilisé et étudié. Notamment, les propriétés de l’écoulement d’extrusion de ces pâtes fermes sont encore méconnues. La possibilité d’extruder des matériaux à base cimentaire apparaît comme prometteuse dans le domaine de la préfabrication d’éléments présentant des résistances mécaniques élevées. L’étude du comportement rhéologique et tribologique a démontré le comportement plastique frottant des matériaux étudiés. La mesure de la perméabilité et des caractéristiques de compressibilité du squelette granulaire montre que les temps caractéristiques du phénomène de filtration er du procédé d’extrusion sont proches. L’ajout d’une sollicitation de vibration modifie la rhéologie du matériau (réduction du seuil de cisaillement liée à la vitesse de la vibration). L’observation de la typologie de l’écoulement d’extrusion axisymétrique engendré par le mouvement d’un piston à travers un rétrécissement brutal montre le développement de deux zones consolidées au cours de l’extrusion. La première zone est située à proximité du piston et la seconde constitue la zone morte. Un modèle analytique simplifié permettant de calculer l’effort d’extrusion pour cette géométrie en intégrant les hétérogénéités induites par l’écoulement est développé et validé. Un procédé de mise en forme continu possiblement applicable industriellement est ensuite testé : l’extrusion à vis des matériaux. Les résultats montrent qu’avec une vitesse de rotation de la vis suffisante, l’écoulement généré est non drainé et le matériau reste homogène. La pertinence du couplage entre vibration et extrusion est aussi démontrée. Ce couplage permet une diminution des efforts d’extrusion. Finalement, les limites du domaine d’extrudabilité en vitesse de rotation de la vis et en vitesse de vibration sont déterminées et visualisées sur un graphique bidimensionnel
Cement based material extrusion is not yet a very common forming process. As example, extrusion flow properties of such firm pastes are not well described. The possibility to extrude cement base materials seems to be very promising in the scope of high mechanical performance﷡precast concrete. The study of the rheological and tribological behaviour shows that the studied materials exhibit a frictional plastic behaviour. The measurements of the permeability and compressibilty properties of the granular skeletons indicate the time of fluid filtration and the extrusion time are close. ﷡The addition of a vibration change the materials rheology (yield stress reduction with the vibration velocity). The observation of the axisymetrical flow typology induced by a ram displacement toward a square entry die shows the development of two dewatered zones during the extrusion. The first zone is located near the ram and the second is the dead zone. A simplified analytical model allow to compute the extrusion force, in such geometry, integrating the flow induced heterogeneities. An ininterrupted forming process industrially working is then studied: the material screw extrusion. Results show that with a sufficient rotation velocity of the screw, the induces flow is undrained and the material stays homogeneous. The pertinency of a coupling between vibration and extusion is then demonstrated. Such coupling allows to reduce the extrusion force. Finally, the limits of the extrudability domain in rotation velocity and vibration velocity is determined and plotted in two dimensions

L’objectif de ce travail est, d’une part, d’expliquer le mécanisme de formation d’extrusion-intrusion par fatigue oligocyclique à température ambiante à la surface d’un acier martensitique à 12% de chrome et, d’autre part, de définir le rôle des différentes interfaces de la microstructure sur la formation des extrusions et des intrusions. L'analyse en microscope à force atomique de la surface de l'échantillon après chaque interruption de l’essai de fatigue oligocyclique a révélé deux morphologies d'extrusions qui ont été appelées extrusions principales et extrusions secondaires. L’étude des évolutions microstructurales sous les marques de glissement à l’aide de la microscopie électronique à transmission a confirmé la localisation des extrusions principales à proximité des différentes interfaces de la structure martensitique ou des murs des cellules de dislocations, et prouvé la localisation des intrusions dans les interfaces elles-mêmes. Quant aux extrusions secondaires, leur localisation à l'intérieur des lattes a également été validée. L'ensemble des résultats confrontés au modèle de Polak a conduit à proposer un mécanisme de formation des extrusions et intrusions à la surface de l'acier martensitique hiérarchiquement organisé. Ainsi, les différents joints inhérents à la structure martensitique et les cellules de dislocation formées par fatigue jouent un rôle primordial dans la création des intrusions
The objective of this work is to explain the mechanism of extrusion-intrusion pair formation in a 12%Cr martensitic steel during low cycle fatigue at room temperature in regards to the different interfaces creating the material complexity. The atomic force microscope analysis of the specimen surface after each interruption step of low cycle fatigue test revealed two different morphological types of extrusions that were named principal and secondary extrusions. The transmission electron microscope investigation of microstructural evolutions under the fatigue slip markings demonstrated the localization of principal extrusions in the vicinity of different martensitic boundaries as well as of fatigue dislocation cell walls, and the localization of intrusions in the boundaries or walls themselves. As for the secondary ones, their localization inside the laths was validated too. The ensemble of results together with the Polak’s model helped to propose the mechanism of formation of fatigue slip markings in the hierarchically organized martensitic steel. Thus, the existing different boundaries and the formed dislocation cells were found to play a definitive role in the creation of intrusions. As follows, the martensitic hierarchical interfaces and dislocation cell walls are considered to be a source of dislocations and at the same time a sink for vacancies

Des poudres de chromite de lanthane ont ete preparees par procede sol-gel en milieu aqueux a partir de deux precurseurs: nitrates ou acetates. Les sols colloidaux ont ete obtenus par precipitation et peptisation en ajoutant de l'ammoniaque. Les zones de ph de precipitation et de peptisation ont ete determinees par des dosages acidobasiques. Apres gelification a l'air, la decomposition des gels a ete etudiee par analyse thermique (atg - atd) et par spectroscopie ir ; la cristallisation du chromite de lanthane, obtenu par traitement thermique des gels a ete determinee par diffractometrie des rx sur poudre. Des elements chauffants tubulaires ont ete realises par la methode d'extrusion avec les poudres ainsi obtenues. La composition de pates ceramiques permettant cette mise en forme a ete determinee. Une analyse thermomecanique par dilatometrie a permis de suivre le comportement au frittage des preformes, et de determiner la temperature de frittage convenable pour differentes compositions. Les poudres et les ceramiques ont ete caracterisees par meb, bet, porosimetrie a mercure, et par la mesure de la conductivite electrique

Le procédé de frittage sans pression à l'état solide est un traitement thermique appliqué pour améliorer ou ajuster les propriétés du matériau en fonction de son domaine d’application, compte tenu de sa capacité à traiter des pièces à géométrie complexe, de sa grande précision dimensionnelle, de ses petites dimensions et de son adéquation aux matériaux doux et durs. Cependant, la modélisation de ce type de procédé s’avère une tâche difficile, car un modèle approprié doit prendre en compte différents aspects, à savoir le caractère multi-échelle et multiphysique du problème, la forte non-linéarité du matériau, la complexité des géométries et enfin la nature des conditions aux limites, etc. Sur le plan industriel, les paramètres de traitement thermiques appropriés sont principalement obtenus par essais. La simulation numérique permet de réduire les coûts de ces essais et de fournir des prévisions ou des recommandations plus utiles pour la production réelle, que les essais de frittage proprement dits. De nombreux travaux de recherche ont été consacrés aux développements de modèles mathématiques et numériques avec des approches adaptées à différents niveaux ou échelles, tels que la petite échelle (niveau atomique), la méso-échelle (niveau des particules, des grains et des pores), et l'échelle du continuum (niveau des composants). La capacité et la maitrise de pouvoir prédire l'évolution de la microstructure ont placé le modèle mésoscopique (au niveau des particules, des grains et des pores) devant les autres.Sur le plan recherche, la question posée serait donc "Étant donné une pièce brute obtenue par MExAM, comment simuler numériquement l'évolution de la microstructure (à partir d’un état microstructural initial) pour contrôler les changements dans les propriétés thermomécaniques pendant le processus de frittage à l'état solide ?"Un modèle de calcul robuste, basé sur une approche multiphysique et multiéchèle, a été développé, testé et validé. Il permet la prédiction des évolutions de la microstructure et des grandeurs thermiques et mécaniques du matériau. Le modèle repose sur la méthode des éléments finis et prend en compte de manière progressive les couplages multiphysiques (thermique, mécanique et microstructure) influant sur le comportement du matériau. Un traitement particulier a été étudié pour la prise en compte des phénomènes non linéaires. Les résultats des différentes simulations ont montré que le modèle développé est capable de prédire avec une précision correcte le comportement du processus de frittage. Le cas particulier du comportement du matériau pour le MExAM a été présentée, ainsi que la manière d'utiliser le modèle pour optimiser ses propriétés thermomécaniques. L'optimisation a été réalisée en couplant les résultats des différentes simulations avec la méthode Taguchi. Il faut souligner que les résultats obtenus à partir de l'analyse des propriétés des matériaux témoignent de la réussite de l'application du modèle, tant du point de vue de la prévision du comportement microstructural et thermomécanique du matériau, que du point de vue de l'optimisation de ses propriétés
The pressureless solid-state sintering process is a thermal treatment applied to improve or adjust material properties according to its field of application, given its ability to handle parts with complex geometries, high dimensional accuracy, small dimensions and suitability for soft and hard materials. However, modeling this type of process proves to be a difficult task, as an appropriate model needs to take into account various aspects, namely the multi-scale and multi-physics character of the problem, the high non-linearity of the material, the complexity of the geometries and, last but not least, the type of boundary conditions. From an industrial point of view, the appropriate heat treatment parameters are mainly obtained by trial and error. Numerical simulation makes it possible to reduce the cost of these tests and to provide more useful predictions or recommendations for actual production, than sintering tests themselves. Numerous research projects have been devoted to the development of mathematical and numerical models with approaches adapted to different levels or scales, such as the small scale (atomic level), the meso-scale (particle, grain and pore level), and the continuum scale (component level). The ability to predict the evolution of microstructure has put the mesoscopic model (at particle, grain and pore level) ahead of the others.In research terms, the question posed would therefore be "Given a untreated part obtained by MExAM, how can we numerically simulate the evolution of the microstructure (from an initial microstructural state) to control changes in thermomechanical properties during the solid-state sintering process ?"A robust computational model, based on a multiphysics and multi-scale approach, has been developed, tested and validated. It enables us to predict the evolution of the material's microstructure, thermal and mechanical properties. The model is based on the finite element method, and progressively takes into account the multiphysical couplings (thermal, mechanical and microstructure) that influence the material's behavior. Special considerations have been given to the integration of non-linear phenomena. The results of the various simulations have shown that the model developed is capable of predicting the behavior of the sintering process with correct accuracy. The special case of material behavior for MExAM was presented, as well as how to use the model to optimize its thermomechanical properties. Optimization was achieved by coupling the results of the various simulations with the Taguchi method. It should be noted that the results obtained from the analysis of material properties confirm the successful application of the model, both in predicting the microstructural and thermomechanical behavior of the material, and in optimizing its properties

Cette thèse a pour thème l'incorporation de nanoparticules d'oxyde de terre rares (Erbium et Praséodyme) dans un polymère commercial, PVC, sous forme filamentaire. Ces fils sont élaborés à l'aide d'un pilote réalisé au laboratoire permettant un filage en solvant voie humide. Les nanoparticules incorporées sont d'abord commerciales (Er203) mais elles montrent des inconvénients, ce qui entraîne l'étude sur la synthèse de nanoparticules d'oxyde d'Erbium et de Praséodyme. Une fois ces particules obtenues, elles sont dispersées dans une solution de PVC/solvant. Cette solution "chargée" est pressée à travers une filière et plongée dans un bain de coagulation afin de retirer le solvant et ainsi obtenir des filaments (mono ou multi) de PVC contenant des nanoparticules d'oxyde d'Erbium/Praséodyme. Un second thème est également étudié dans cette thèse. Il s'agit de réaliser des fibres d'oxycarbure de bore et de silicium (SiBCO). Cette étude porte sur la synthèse du poly(borosiloxane) via dissolution de l'acide borique dans le dimetyldiethoxysilane (DMDES) et du méthyltriethoxysilane (MTES). Une fois le sol de borosiloxane obtenu, il est semi-hydrolysé jusqu'à obtention d'un gel filable par extrusion à froid. Ces filaments sont enroulés sur des bobines graphite. Les bobines sont laissées à l'étuve à 60°C pour terminer l'hydrolyse avant de les pyrolysées sous argon à haute température pour afin de les transformer en fibres céramiques SiBCO
This thesis focuses on the main theme of the incorporation of nanoparticles of rare earth oxide (Erbium and Praseodymium) in a commercial polymer, PVC, shaped as filaments. These fibers are made using a apparatus developped in the laboratory. The spinning method used is a wet solvent spinning process. Embedded nanoparticles are first commercial particles (Er203) but they show disadvantages, which leads to a study of synthesis of oxide nanoparticles Erbium and Praseodymium in the laboratory. This study bings to a production a laboratory pilot (KiloLab) in order to obtain 3Kg of nanoparticles composed with 60 wt% of Erbium oxide and 40 wt% of Praseodymium xide. Once these particles obtained, it have been dispersed in a solution of PVC/solvent. This "loaded" solution of nanoparticles is presses through a spinneret for the shaping. The filaments are spun in a coagulation bath in order to remove the solvent from the solution and obtain the PVC filaments (mono or multi) containing the nanoparticles of Erbium or Praseodymium oxide.A second theme is also studied in this thesis, the realization of oxicarbide boron and silicon fibers (SiBOC). This study focuses on the synthesis and conditions to obtain a poly(borosiloxane) polymer. This polymer is obtained by the synthesis of the dimetyldiethoxysilane (DMDES), méthyltriethoxysilane (MTES) and the boric acid which bring the hetero atom of boron in the final ceramic. Once the sol of borosiloxane obtained, it is semi-hydrolysed until obtention af a gel that can be spun by extrusion at ambiant temperature. The filament are wrapped around a graphite bobbin. The shaped polymer is then leaved in a stove at 60°C for a week allowing to complete the hydrolysis.Once the hydrolysis complete and the polymer fully hydrolyses, the fibers are pyrolysed under argon at high temperature to transform the fiber into ceramic fibers of SiBOC

L'hyperdéformation est une technique efficace pour transformer la microstructure des métaux en une structure de grain de taille inférieure au micron ou même en nanostructure (<100 nm). Cette très petite taille de grain confère d'excellentes propriétés mécaniques au matériau. Dans ce travail de thèse, deux techniques d'hyperdéformation récemment développées, appelées High Pressure Tube Twisting (HPTT) and Cyclic Expansion and Extrusion (CEE) ont été appliquées à température ambiante sur différents matériaux métalliques. La fragmentation de la microstructure ainsi que le développement de la texture cristallographique ont été analysés en détails par la diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD), par microscopie électronique en transmission (TEM), par transmission Kikuchi diffraction (TKD) ainsi que par diffraction des rayons X (XRD). Le gradient de déformation de cisaillement dans l'épaisseur des tubes d'aluminium déformés par HPTT a été déterminé par une méthode de mesure locale du cisaillement. Ce gradient de cisaillement induit une hétérogénéité aussi bien de microstructure que de texture dans les échantillons d'aluminium et de magnésium purs ainsi que dans l'alliage Al-4%Mg en solution solide. La micro-dureté et la taille de grain dans différentes zones ont été mesurées et analysées en fonction du taux cisaillement local. Les tailles de grain limites atteintes de façon stationnaire pour ces différents matériaux produit par HPTT sont respectivement de 700 nm, 900 nm et 100 nm. L'évolution de texture du magnésium pur après HPTT jusqu'à un cisaillement de 16 a été simulée par cisaillement simple par le model auto-cohérent (VPSC), le résultat de simulation a montré de bons accords avec les mesures de texture obtenues par XRD. Sur la base des mesures de distribution de désorientation dans l'aluminium déformé par HPTT, une nouvelle technique de détermination du taux de cisaillement local dans les procédés d'hyper déformation a été proposée. Cette nouvelle technique a été appliquée sur deux échantillons d'aluminium produit par twist extrusion (TE) et par torsion à extrémités libres. Les échantillons d'aluminium et de cuivre ont été déformés intensément par CEE. Les évolutions de texture et de microstructures ont été mesurées par EBSD, montrant un gradient du centre à la périphérie des échantillons cylindriques. L'évolution de texture dans le cuivre déformé par CEE a été simulée par le modèle VPSC en utilisant un modèle de ligne de courant pour décrire la déformation dans le procédé. Les résultats de simulation confirment les caractéristiques de la texture expérimentale observées après CEE. Le comportement en traction du cuivre pré-déformé par grande déformation en torsion a ensuite été testé. En dépit du gradient de cisaillement existant dans la barre, une technique a été proposée pour obtenir la courbe contrainte-déformation pour ce type de matériau
Severe plastic deformation (SPD) is an efficient technique to transform the microstructure of bulk metals into ultra fine grained structure with grain sizes less than 1 µm or even into nanostructure with nano-grains of less than 100 nm in diameter. The very small grain size attributes excellent mechanical properties to the material. In present thesis work, two recently developed SPD techniques, namely, High Pressure Tube Twisting (HPTT) and Cyclic Expansion and Extrusion (CEE) were performed on different metallic materials at room temperature. Details of fragmentation of microstructure and metallographic texture evolution were investigated by electron backscattered diffraction (EBSD), transmission electron microscopy (TEM), transmission kikuchi diffraction (TKD) and X-ray diffraction (XRD). Shear strain gradient across the thickness of the HPTT deformed Al tube sample was found by a local shear measurement method. This shear strain gradient induced the inhomogeneity of microstructure and texture in HPTT deformed pure Al, solid solution alloy Al-4%Mg and pure Mg. The microhardness and average grain size in different zones as a function of shear strain were measured. The limiting steady grain sizes in the steady state for these different materials produced by HPTT were 700 nm, 100 nm and 900 nm, respectively. The texture evolution of pure Mg in HPTT up to a shear strain of 16 was simulated in simple shear using the self-consistent (VPSC) polycrystal model and showed good agreements with the experimental results measured by XRD. Based on the measured disorientation distribution function in HPTT deformed Al, a new technique for the magnitude of local shear strain in SPD was proposed. This new technique was applied to a protrusion produced in twist extrusion (TE) and to an Al sample deformed in free-end torsion. Cu and pure Al samples were intensively deformed by the CEE SPD technique. The microstructure and texture evolutions were measured by EBSD, showing a gradient from the center-zone to the edge part of the rod sample. The texture evolution of CEE deformed Cu was simulated by the VPSC polycrystal model using a flow line function. The simulation results confirmed the experimental texture features observed in the CEE process. The tensile testing behavior of large strain torsion pre-processed Cu was examined. In spite of the shear strain gradient existing in the bar, a technique was proposed to obtain the tensile stress-strain curve of such gradient material

La fatigue est l'une des principaux mécanismes de défaillance des composants métalliques. les stades précurseurs de l'endommagement par fatigue concernent la période avant l'initiation et la propagation des fissures de fatigue et représente jusqu'à 90 % de la durée de vie en fatigue. De fait, la compréhension des mécanismes de l'endommagement par fatigue aux stades précurseurs est un enjeu clé pour am´eliorer la durée de vie opérationnelle des composants. Des études expérimentales ont montré l'importance des Bandes de Glissement Intensif (BGIs) en tant que sites de localisation de la plasticité et d'amorçage des fissures. Le but de cette thèse est de contribuer à la compréhension de la formation de microstructure de fatigue à l'échelle des dislocations avec l'aide de la dynamique de dislocations discrètes en 3D (DDD). Tout d'abord, des simulations de glissement simple sur monocristal de Cu sont réalisées. Le processus de formation des microstructures liées à l'organisation des dislocations à l'intérieur des PSB et l'évolution de la rugosité développée en surface sont élucidés. Pour un chargement de fatigue en cisaillement simple sous une amplitude de déformation imposée importante (>0.001), on observe une réorganisation progressive des dislocations dont la répartition initialement homogène dans le grain se transforme en des microstructures organisées en BGIs. Le processus est expliqué à partir de calculs des contraintes internes sur le système dévié. La stabilité des BGIs simulées est vérifiée en diminuant subitement l'amplitude du chargement après les avoir construites. Les simulations se comparent bien avec les observations expérimentales de la littérature. En outre, la comparaison entre Cu et l'acier inoxydable austénitique 316L confirme l'importance de la probabilité de glissement dévié pour la distribution et le nombre de BGIs. Des simulations de différentes combinaisons de glissements doubles sont également réalisées pour identifier l'effet des interactions de dislocations sur le comportement cyclique. Finalement, dessimulations cycliques de bi-cristaux et d'agrégats polycristallins sont réalisées grâce au nouveau code DDD dédié aux poly-cristaux
Fatigue is one of the main failure mechanism for metallic components. The early stages of fatigue refer to the period before the initiation and propagation of fatigue cracks, and accounts for up to 90% of fatigue life. Therefore, the understanding of fatigue damage mechanisms at the early stages is a key issue to improve the operational lifetime of components. Experimental studies have shed light on the importance of the Persistent Slip Band (PSB) as the sites of plasticity localization and subsequent initiation of cracks. The purpose of this thesis is to contribute to the understanding of the formation of fatigue microstructure at the scale of dislocations using 3D Discrete Dislocation Dynamics (DDD). First, simulations of single slip on Cu single crystal are realized. The formation process of the dislocation related microstructures inside PSBs and the surface roughness evolution are elucidated. Under a large strain (> 10−3), a transformation process of the homogeneously distributed dislocations into the organized PSBs is observed, which can be well explained from the diminution of the shear stress on the cross-slip plane. The stability of the numerical PSB is verified with a decreasing loading and is found to be comparable to experimental results. Besides, the comparison between Cu and AISI 316L austenitic stainless steel confirms the importance of cross-slip probability to the distribution and number of PSBs. Simulations of different double slip combinations are also realized to identify the effect of dislocation interactions on cyclic behavior. In the end, the preliminary cyclic simulations for bi-crystals and aggregates are launched with a newly developed DDD code for poly-crystals

Ce chapitre décrit les procédés d’assemblage de matériaux multicouches, car collage ou co-extrusion, utilisant papiers, plastiques ou métaux en feuilles mince. Le calcul des propriétés barrières est expliqué. Les aspects réglementaires et de sécurité sanitaire sont discutés.