Study of the co-forgeability of a multi-material : application to a couple of steels
Etude de la co-forgeabilité d'u multi-matériau : application à un coupe d'acier
Résumé
The multi-material forging is a forming process allowing, simultaneously, the welding and shaping of multi-material parts with the right material at the right place. The purpose of the presented work is to identify the necessary conditions to obtain a metallurgical bond during forming between two different grades of steel. First, the state of the art allowed the identification of the physical phenomena occurring during multi-material forging and the determination of the key parameters of the bonding which are the contact pressure and the surface expansion at the both sides of the interface. The mechanisms to establish metallurgical bond by forging are based on the breaking and the dispersion of the oxide layer at the interface then the extrusion of the soft material through the voids generated between the oxide fragments. Second, the characterization methodology of this work is presented. It consists of three “simple” forming tests leading to different interface conditions (contact pressure and surface expansion). The first simulations allow the design of the experimental plan for each test. The comparison between simulations and experiments allows the identification of physical parameters of the simulation. Then, the contact pressure and the surface expansion of the identified simulations are used to analyze the metallographic structure and the bonding at the interface.The developed work confirms the major effect of the contact pressure and the surface expansion on the establishment of a metallurgical bond during multi-material forming. The size and the shape of the oxide particles seem to depend on the thermomechanical path at the interface.
Le forgeage multi-matériaux est un procédé permettant la mise en forme et l’assemblage simultanés de matériaux différents. Ce procédé permet d’obtenir des pièces multi-matériaux avec le « bon matériau placé au bon endroit ». L’objectif des travaux de thèse est de définir les conditions nécessaires à l’établissement de la liaison métallurgique par forgeage à l’interface d’un couple d’aciers. Dans un premier temps, l’état de l’art a servi à l’identification les phénomènes physiques accompagnant le forgeage multi-matériaux et les paramètres clés pilotant l’établissement de la liaison métallurgique. Le principe de base de l’établissement d’une liaison passe par la fragmentation des oxydes en surface des matériaux et par l’application d’une pression de contact favorisant le contact entre les matériaux nus et la diffusion. Les deux paramètres clés identifiés sont donc la pression normale de contact et l’expansion de surface. Le protocole de caractérisation du co-forgeage mis en place comporte trois essais « simples » permettant de solliciter les interfaces avec des pressions et des expansions différentes. Ces dernières, estimées par simulation numérique de l’essai, sont mises en relation avec la qualité des liaisons obtenues évaluée, quant à elle, au travers d’observations métallographiques. Les premières simulations permettent de dimensionner les campagnes expérimentales. Celles-ci sont ensuite conduites sur les moyens de mise en forme de la plateforme VULCAIN. Les efforts de mise en forme et la géométrie globale des pièces et la répartition de matière servent de base à l’identification des paramètres de la simulation. La simulation ainsi obtenue et les observations métallographiques aux interfaces sont ensuite mises en lien. Cette démarche a permis de confirmer l’importance du rôle joué par la pression de contact et l’expansion de surface sur l’établissement d’une liaison au cours de la mise en forme du multi-matériaux. La répartition et la forme des particules d’oxydes semblent liées au chemin thermomécanique subi par l’interface.
Origine : Version validée par le jury (STAR)