Utilisation d'outils céramiques en matriçage isotherme : modélisation de l'endommagement et de la rupture d'une céramique à base de nitrure de silicium - IMT Mines Albi-Carmaux Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1998

Use of ceramic tools in isothermal forging : modelling of the damage and the fracture of a silicon nitride based ceramic

Utilisation d'outils céramiques en matriçage isotherme : modélisation de l'endommagement et de la rupture d'une céramique à base de nitrure de silicium

Résumé

This work is a contribution to the reflection on the possibility of replacing metal isothermal die-forging tools with ceramic tools. A si#3n#4-tin composite was chosen. The main difficulties involved in such an innovation were first identified: the need to assemble several ceramic parts to make a tool, the low machinability of the material, the choice of a suitable lubricant, the fragility of ceramics, and finally the damage suffered during use. The last two points, considered essential, were studied in more depth. The study of the influence of environmental factors involving the tools are subjected during stamping operations revealed that oxidation and mechanical cycles had a damaging effect. A more in-depth study of oxidation was retained. A modeling of the process was proposed, based on bibliographic data, then validated using an experimental study of the oxidation of the material. The influence of the oxidation duration on the breaking strength was also studied. Finally, the problem of calculating the risk of tool breakage was addressed. A program, based on brittle fracture models, was developed and coupled with finite element calculation software. The proposed method of using the program requires knowing the mechanical characteristics of the tooling material and the shaped material, which were determined at 1150c. A validation was then carried out, by comparing the results of the calculation of the rupture risk with those of a rupture test simulating an isothermal stamping operation of an astroloy piece at 1150c.
Ce travail est une contribution à la réflexion engagée sur la possibilité de remplacer les outils de matriçage isotherme métalliques par des outils céramiques. Un composite si#3n#4-tin a été choisi. Les principales difficultés qu'implique une telle innovation ont d'abord été identifiées : la nécessité d'assembler plusieurs pièces céramiques pour fabriquer un outil, la faible usinabilité du matériau, le choix d'un lubrifiant adapté, la fragilité des céramiques, et enfin l'endommagement subi en cours d'utilisation. Les deux derniers points, jugés primordiaux, ont été étudiés de manière plus approfondie. L'étude de l'influence des facteurs environnementaux auxquels les outils sont soumis pendant les opérations de matriçage a révélé que l'oxydation et les cycles mécaniques avaient un effet endommageant. Une étude plus approfondie de l'oxydation a été menée. Une modélisation du processus a été proposée, à partir des données bibliographiques, puis validée à l'aide d'une étude expérimentale de l'oxydation du matériau. L'influence de la durée d'oxydation sur la résistance à rupture a également été étudiée. Enfin a été abordé le problème du calcul du risque de rupture des outils. Un programme, basé sur les modèles de rupture fragile, a été développé et couplé à un logiciel de calcul par éléments finis. La méthode d'utilisation du programme proposée nécessite de connaître les caractéristiques mécaniques du matériau d'outillage et du matériau mis en forme, qui ont été déterminées à 1150c. Une validation a ensuite été réalisée, en comparant les résultats du calcul du risque de rupture avec ceux d'un essai de rupture simulant une opération de matriçage isotherme d'un lopin en astroloy à 1150c.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04543390 , version 1 (12-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04543390 , version 1

Lien texte intégral

Citer

Frédéric Deschaux-Beaume. Utilisation d'outils céramiques en matriçage isotherme : modélisation de l'endommagement et de la rupture d'une céramique à base de nitrure de silicium. Matériaux. École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-..), 1998. Français. ⟨NNT : 1998ENMP0800⟩. ⟨tel-04543390⟩
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