Détermination des paramètres influant sur le phénomène d’endommagement par fatigue thermique des moules en fonderie sous pression d’aluminium
Institution:
Paris, ENMPDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This PhD works deals with an investigation on the effect of the maximum temperature (500-685°C) and the heating rate (1. 2-6. 5s) of the thermal cycle on thermal fatigue behaviour heat checking and cracking of X38CrMoV5. The s-e-T-t cycles are calculated by Abaqus using thermoelastoplastic constitutive laws. The dummy carefully instrumented specimen with several thermocouples (Type K) was used to measure the time-temperature cycles and different locations under various test conditions. These measurements were used in FEM simulations. These curves were used to optimise the transient thermal gradients calculated by Abaqus. A new approach based on normalisation of the thermomechanical characteristics of materials and the thermal cycle is used to estimate the initial heat-flux densities to be imposed on the surface of the specimen. It is observed that the oxidation plays an important role in the formation of the heat-checking and also in macroscopic cracking. It is observed that the heat-checking density presents a sigmodal variation as a function of the Ncycles. The maximum heat-checking density is independent the Tmax of thermal cycles, while is very much dependent on the heating rate. The heating checking density increases when hating rate increases. It is found that the heat-checking density is changes in as a linear function of the heat flux density. A simplified calculation has shown that the difference in heat-checking density can be explained by the difference in the thermomechanical strain of the oxide scale and the bulk steel. It is also shown that the heat-checking pattern changes as a function of the local stresses.
Abstract FR:
Lors de cette étude, un banc de fatigue thermique a été mis au point pour conduire des essais sur une éprouvette cylindrique en acier X38CrMoV5 de dureté 42-47 HRC. Diverses conditions d'essai ont été investiguées, la température maxi du cycle thermique (500 à 685°C), et la vitesse de chauffage (0. 7 à 6. 5 s). L'effet de ces paramètres sur le dommage a été étudié. La densité et la morphologie des réseaux de faïençage ont été quantifiées par analyse d'images. Des champs de T, s et e ont été calculés par simulation numérique en conditions thermoélastoplastiques (ABAQUS). Des éprouvettes instrumentées ont permis de déterminer les gradients thermiques en surface et en profondeur pour différentes conditions de sollicitation. Une nouvelle approche a été choisie pour déterminer la densité de flux de chaleur imposée sur l'éprouvette maillée. Ces densités ont été d'abord estimées par la méthode adimensionnelle développée dans le laboratoire. L'oxydation joue un rôle important dans la formation de faïençage et dans la propagation de fissures. Il est montré que la densité de faïençage suit une variation sigmoïdale en fonction du Ncycles. La densité de faïençage maxi reste indépendante de Tmax. En revanche, elle est influencée par la vitesse de chauffage. Une relation quasi-linaire entre la densité de faïençage et la densité de flux thermique est mise en évidence. Quand la vitesse moyenne de chauffage dépasse un certain seuil, la densité de faïençage reste inchangée. A l'aide d'un calcul simplifié, l'évolution de la densité de faïençage en fonction de condition de sollicitation est expliquée par la différence de déformation thermomécanique des couches d'oxydes et de l'acier de base.