DEVELOPMENT OF A METHOD TO QUALIFY DISTORTIONS OF HEAT TREATED PRODUCTS. EXPERIMENTAL AND NUMERICAL APPROACHES
DEVELOPPEMENT D'UNE METHODE POUR QUALIFIER LA DEFORMATION D'UN PRODUIT ISSU D'UN TRAITEMENT THERMIQUE. APPROCHES EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE
Résumé
Nowadays, heat treatment distortion is still difficult to control because of the lack in the corresponding mechanisms comprehension. Indeed, many technological and physical parameters are involved in the distortion formation and evolution, their coupled effects influencing the final results in a complex manner. In this context, the developed method defines a background suitable to study the influences of all parameters on a part distortion. This method is threefold. One point refers to the distortion significant components identification related to specific 3D part geometry: "distortion phenomena". They are quantified and their accuracy is evaluated using reliability indicators. The second point concerns the comparison of the experimental results with the numerical simulation ones. The numerical simulation prediction of the distortion is investigated by comparing the magnitudes of the distortion significant components. The third point is focused on the distortion mechanisms comprehension. The thermal, metallurgical and mechanical effects on each "distortion phenomenon" magnitude are examined in order to dissociate their influences on the final distortion results. Applied to the C-ring specimen, the developed method allows us to analyze the influence of two parameters on distortion: steel grade and quenching media. Two categories of "distortion phenomena" were detached: homogeneous dimensional variation due to the thermomechanical effects and heterogeneous dimensional variation due to the metallurgical and mechanical effects. Furthermore, the method was adapted to the analysis of numerical simulation results. Thus, distortion numerical simulation results were compared to the experimental ones. A good prediction is obtained for the distortion significant components, even for the local ones. Investigating the numerical simulation results allowed us to understand the distortion mechanisms and to highlight the strong sensibility of some "distortion phenomena" to the experimental parameters variation, used as initial data for simulation.
La déformation en traitement thermique est associée à des mécanismes complexes du fait de l'interaction d'un grand nombre de paramètres technologiques et physiques. Dans ce contexte, la méthode développée dans ces travaux de thèse définit un cadre générique pour étudier l'influence de ces paramètres sur la déformation d'un produit. Cette méthode comporte trois facettes d'intérêt. La première est la qualification de la déformation au moyen de signatures géométriques 3D significatives, choisies pour leur réalité physique : les phénomènes de déformations. Ceux-ci sont ensuite quantifiés et leur pertinence est évaluée par un indicateur de niveau de confiance. La deuxième facette de la méthode est la possibilité de confronter directement les résultats expérimentaux et ceux issus de la simulation numérique. La prédiction de la déformation est ainsi vérifiée en comparant les amplitudes des signatures géométriques. La troisième et dernière facette est la compréhension des mécanismes de la déformation. Elle s'effectue par le suivi des amplitudes des phénomènes de déformations en fonction des effets thermiques, métallurgiques et mécaniques survenant lors du traitement thermique. Appliquée à l'éprouvette croissant, la méthode a permis d'illustrer l'influence de deux paramètres sur la déformation : la nuance d'acier et le milieu de trempe. Pour cela, les phénomènes de déformations ont été séparés en deux catégories : la première correspond à la variation homogène des dimensions dues aux effets thermomécaniques, la seconde, à la partie hétérogène due aux effets métallurgiques et mécaniques. L'application de la méthode à un cas issu de la simulation numérique 3D a révélé la prédiction satisfaisante des signatures géométriques, y compris celles locales. Les investigations numériques ont permis d'appréhender les mécanismes de la déformation du croissant et de mettre en évidence la forte sensibilité de certains phénomènes de déformations face à la variation des paramètres expérimentaux, utilisés comme données initiales dans les simulations.