INVESTIGATIONS NUMERIQUES

INVESTIGATIONS NUMERIQUES.

Dans ce chapitre, la simulation numérique est utilisée comme un outil d’investigation pour la compréhension des instants clés de la formation des déformations du croissant. Le rôle des phénomènes thermiques, mécaniques et métallurgiques lors de la chauffe et de la trempe est ainsi mis en évidence. A ce titre, la méthode développée dans ces travaux de thèse sera mise en œuvre pour quantifier l’évolution des phénomènes de déformations aux instants clés de la trempe huile. Il est ainsi mis en évidence les phénomènes dépendants des effets thermomécaniques et ceux liés aux effets métallurgiques et mécaniques. Par ailleurs, des investigations numériques sont menées pour juger l’influence de la variation des paramètres expérimentaux sur les déformations. L’étude se concentrera sur les données mécaniques et les paramètres thermiques. La méthode est une nouvelle fois mise à contribution pour quantifier les perturbations sur les phénomènes de déformations. La quatrième partie fait l’objet d’une comparaison des structures et duretés finales. Elles révèlent le décalage temporel de formation des phases qui existe entre les simulations et les expériences. Ce fait permet d’expliquer pourquoi la prédiction des amplitudes des phénomènes de déformations présentée au chapitre V n’a pas été entièrement concluante. instants clés de l’évolution des déformations, au cours de la chauffe et d’une trempe, sont identifiés dans la deuxième partie. Cette analyse qualitative fait appel aux effets thermomécaniques et métallurgiques. L’objectif de la troisième partie est de déterminer les phénomènes de déformations, dont l’amplitude varie fortement aux instants clés de la formation de la martensite dans le croissant. La chauffe puis la trempe des croissants génèrent des contraintes internes, hétérogènement réparties au sein des pièces, provoquant des déformations. Ces contraintes internes sont dues au gradient de température entre le cœur et la peau du croissant, et au gradient de transformation de phase, eux-mêmes liés au gradient d’épaisseur.

OBJECTIFS DES INVESTIGATIONS NUMERIQUES.

Dans les trois premières parties de ce chapitre, l’influence de ces gradients thermomécaniques et métallurgiques sur les changements de volume et de forme est étudiée. Pour cela, la chronologie d’apparition des déformations est proposée pour des instants clés lors de la chauffe et de la trempe des croissants. Cette chronologie est complétée du suivi de l’évolution des contraintes internes et de leur répartition au sein du croissant. Pour finir, la comparaison de la répartition des structures métallurgiques et des duretés en fin de trempe est une piste pour comprendre les différences de déformations, constatées au chapitre V. L’étude de la robustesse des données expérimentales, à la fois du matériau et du procédé de trempe, fait l’objet des parties 5 et 6 de ce chapitre. Il ne s’agit pas du cœur du travail de thèse, mais plutôt d’une discussion quant à l’impact des paramètres expérimentaux sur les déformations. Un découplage des paramètres thermiques, mécaniques et rhéologiques est réalisé afin d’identifier ceux pouvant sensiblement affecter les amplitudes des phénomènes de déformations. La méthode développée dans ces travaux de thèse permettra d’en quantifier l’influence. Cette étude est paramétrique : le but est d’obtenir l’impact individuel de chacun des paramètres expérimentaux. Aussi, l’influence de leurs interactions sur les déformations n’a pas été évaluée et nécessiterait la mise au point d’un plan d’expérience.

Dans cette partie, les instants clés liés à l’évolution des déformations sont déterminés. Cette analyse des déformations constatées au cours de la chauffe et d’une trempe se veut principalement qualitative et explicative des déformations, l’analyse quantitative étant fournie dans la partie 3. parabolique, depuis le temps t=0s au temps t=1680s. Elle provient essentiellement des effets thermo-mécaniques, dilatant les distances interatomiques des mailles de la structure cubique centrée de la ferrite et de la perlite. Vers la fin de cette phase transitoire, le volume atteint sa valeur maximale, puis la phase ferrito-perlitique commence à se transformer en austénite dès 1550s. Ce début de changement de phase est appelé la « germination » et entraîne un réarrangement atomique de la structure de l’acier ; terme à l’extension volumique. Cette contraction provient des effets métallurgiques et mécaniques générés par le réarrangement de la structure cristalline de l’acier. En effet, la structure ferrito-perlitique, de type cubique centrée, évolue vers une structure austénitique, de type cubique à faces centrées. Ce réarrangement atomique intervient rapidement dans le croissant puisqu’en à peine 200 secondes, la fraction d’austénite est égale à 100% en peau et à 50% à cœur ; En résumé, l’augmentation volumique provient essentiellement du couplage des effets thermo-mécaniques, car le volume final est déjà atteint avant la croissance de la phase austénitique. Cette dernière, c’est-à-dire l’effet métallurgique et mécanique dû au mécanisme de la plasticité de transformation de phase, provoque certes une contraction volumique, mais est surtout à l’origine des changements de formes, autrement dit des déformations.