Cold-forming of valves in austenitic stainless steel or in iron-base superalloy - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2007

Cold-forming of valves in austenitic stainless steel or in iron-base superalloy

Mise en forme à froid de soupapes en acier inoxydable austénitique ou en superalliage base fer

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Abstract

A valve is a complex part obtained today by hot forming from a steel bar. This research work was the occasion to study the feasibility of exhaust valve cold forming. Two main objectives : saving thermal energy and produce a near net shape part. Two problems to solve : limited material ductility and higher mechanical solicitation of the forging tools. Exhaust valves are usually in austenitic stainless steel and for some specific applications in Nickel base superalloy with higher characteristics but with a dissuasive cost. Between these two families, there are the Iron base superalloys with mean characteristics and costs. We will begin by a brief presentation of the project objectives and the state of the art. Then, from the existing alloy characterisation, we have developed new alloys obtained using the Cemef Custom Casting Platform (C3P). We have shown that these new alloys are able to be cold formed in valves. The forming process study permit to show the crack apparition risk and to study the influence of the process parameters. Finally, a micro scale simulation has shown the ductile rupture initiation.
Une soupape est une pièce complexe, aujourd'hui obtenue par mise en forme à chaud à partir d'une barre ou d'un fil. Dans un contexte concurrentiel de plus en plus sévère, les industriels du domaine sont à la recherche de la moindre économie. Ce travail de recherche à permis d'étudier la faisabilité de la mise en forme à froid de soupapes d'échappement. Deux objectifs à ce nouveau procédé : une économie d'énergie thermique conséquente et un état de livraison near net shape. Deux obstacles à surmonter : une ductilité de la matière limitée et une sollicitation mécanique des outillages plus importante. Les soupapes d'échappement courantes sont en acier inoxydable austénitique, mais certaines applications niches ont amené à utiliser des superalliages base nickel à plus hautes caractéristiques, dont le coût matière reste cependant trop élevé pour se démocratiser. Entre les deux se situent les superalliages base fer aux caractéristiques et au coût matière intermédiaires. L'exposé débutera par un bref rappel des enjeux du projet et de une présentation de l'état de l'art. A partir de la caractérisation des nuances existantes, de nouvelles nuances ont été développées et obtenues via le plateau de fusion et coulée C3P du Cemef. Les essais menés sur ces nouvelles nuances ont mis en évidence la possibilité d'obtenir des soupapes mises en forme à froid. En parallèle, l'étude du procédé de mise en forme a permis de mettre en évidence les risques d'apparition de rupture, et d'étudier l'influence des paramètres du procédé sur les risques d'apparition de rupture. Une simulation à l'échelle micro a enfin permis de mettre en évidence la source de la rupture ductile.
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Dates and versions

tel-00259312 , version 1 (27-02-2008)

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  • HAL Id : tel-00259312 , version 1

Cite

Olivier Séguy. Mise en forme à froid de soupapes en acier inoxydable austénitique ou en superalliage base fer. Mécanique [physics.med-ph]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. Français. ⟨NNT : 2007ENMP1500⟩. ⟨tel-00259312⟩
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