Toward a better understanding of steel behaviour at high temperature
Vers une meilleure compréhension et caractérisation du comportement des aciers à très haute température
Résumé
The understanding of solidification crack phenomena would be a challenge. On the one hand, industrial concerns are considerable, in terms of quality and productivity. On the other hand, this is also a scientific challenge, because the physical mechanisms of hot tearing are far from being understood. One of challenges is the rheological characterization of alloys, which is particularly difficult at high temperature and in the semi-solid state (i.e high temperature and very law strain and strain rate). The rheological characterizations in solid and semi solid state are carried out using a direct resistance heating machines (Taboo). The Taboo set up allows cyclic loadings at very low strain rate (10-3 10-4 s-1) between 900°C and the solidus temperature. A specificity of resistance heating machine is a high non thermal homogeneity on central part of sample; this non thermal homogeneity produces a heterogeneous strain. This heterogeneous strain needs to know the displacement field on the sample. All limits of classical measurement technique bring us to develop a new method based on laser produced speckles and to avoid the high temperature problem. In this work we also present a technique of analysing picture based on a cross spectrum method. We have developed a finite element model able to simulate the entire experimental process. This numerical model, first have permitted to help designing optimal sample geometry in order to minimise the temperature gradients throughout the samples. Then the numerical model is also able to simulate the complete tensile test (including the heating with a temperature control by a PID). The results of tensile test and the numerical simulations are both used in an inverse analysis method to identify mechanical parameters of two different steel grades. Finally we have also explored microscopic phenomenon with a molecular dynamics approach. With a such approach, we have determined solid and liquid thermo mechanical properties of Iron like viscosity, elastic properties. We have also explained the cavity formation.
La compréhension des la fissuration à chaud représente un chalenge tant scientifique qu'industriel. D'un coté, pour les industriels de la métallurgie, cela permettrait une amélioration de la qualité et la productivité. Et d'un point vu scientifique, le challenge est tout aussi important, car les mécanismes de la fissuration sont peu connus. Cela provient principalement d'une méconnaissance des propriétés mécaniques dans des conditions similaires à celles rencontrées durant la solidification. Des essais thermo-mécaniques ont été réalisés sur une machine de traction avec chauffage par effet Joule (Taboo). Taboo permet de réaliser des chargements mécaniques pour de faibles vitesses de déformations (10-3 10-4 s-1) et des températures comprises entre 900°c et la température de solidus. Mais une des conséquence d'utiliser une machine de traction avec un chauffage par effet joule est l'existence d'un fort gradient thermique dans la zone centrale de l'éprouvette, ce gradient thermique produisant une déformation elle aussi non homogène. L'existence de ces hétérogénéités nous ont conduit à utiliser une technique de mesure de champ afin de connaitre le champ de déplacement existant sur les éprouvettes. Mais les techniques de mesures classiquement utilisées n'étant pas utilisable dans de telles conditions, nous avons développer une mesure de champ baser sur l'utilisation d'un speckles laser. En parallèle, nous avons aussi développer un algorithme d'analyse basé sur l'utilisation d'une méthode interspectre. De plus pour analyser et dimensionner les échantillons utiliser lors des essais mécaniques, nous avons développé et exploité un code élément finis capable de simuler l'essai Taboo dans sa globalité. Les résultats des essais mécaniques et les simulations ont ainsi pu être intégrés dans une boucle d'optimisation afin de trouver les paramètres des lois de comportement de deux nuances d'acier. en parallèle, une technique de dynamique moléculaire a été utilisée pour déterminer certains autres propriétés thermophysiques du fer telles que la viscosité, les paramètres élastiques.... Cette technique a aussi été utilisée pour expliquer la cavitation à l'état liquide et semi solide.
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