Evolutions microstructurales et mécaniques de l’AS7G03 modifié au strontium au cours de l’étape de forge du procédé COBAPRESSTM

par Frédéric Perrier

Thèse de doctorat en Science et Génie des Matériaux

Sous la direction de Christophe Desrayaud.

Soutenue le 11-07-2013

à Saint-Etienne, EMSE , dans le cadre de ED SIS 488 , en partenariat avec Saint Jean Industries Sas (entreprise) .

Le président du jury était Franck Morel.

Le jury était composé de Christophe Desrayaud, Franck Morel, Jean-Jacques Blandin, Guillaume Racineux, Guillaume Kermouche, Véronique Bouvier.

Les rapporteurs étaient Jean-Jacques Blandin, Guillaume Racineux.


  • Résumé

    Le procédé COBAPRESSTM est un procédé hybride qui consiste à forger une préforme de fonderie. Nous nous intéressons dans cette thèse à son application pour fabriquer des pièces en alliage d’aluminium AS7G03 modifié au strontium. La première partie de l’étude présente des résultats de simulations obtenues grâce à 2 logiciels de calcul par éléments finis qui sont Simufact et ABAQUS. Nous avons pu voir que la déformation est maximale dans le plan de joint des pièces avec une déformation supérieure à 0,5 pour des vitesses qui peuvent atteindre 10 s-1. Les déformations en peau dues à la rugosité de surface des préformes ont aussi été prises en compte.La deuxième partie expose la microstructure dans les pièces après forge. Ces observations ont été effectuées par microscopie optique ainsi qu’en EBSD. Cette microstructure peut être majoritairement restaurée ou recristallisée pour des paramètres de Zener-Hollomon supérieurs à 1012. La microstructure de peau ainsi que l’effet de la trempe ont aussi été étudiés. Enfin, nous nous sommes intéressés à l’évolution des propriétés mécaniques statiques et cycliques. Nous avons pu voir que l’étape de forge permettait de refermer et souder les retassures de fonderie avec une tenue mécanique suffisante pour résister en fatigue. La Rp0,2, la Rm ainsi que l’allongement à rupture sont augmentés. La microstructure optimale semble être une sous-structure des dendrites qui est la meilleure pour une déformation de 0,5 et une vitesse de 5 s-1 avec une température de préforme de 530°C. Une bonne sous-structuration ainsi qu’une faible rugosité en peau permettent aussi une amélioration de la durée de vie en fatigue après la frappe à chaud.

  • Titre traduit

    Microstructural and mechanical evolutions of the AS7G03 modified with strontium during the forging step of the COBAPRESSTM


  • Résumé

    The COBAPRESSTM is a hybrid process consisting of forging a cast preform. In this thesis, we are interested in its application to make parts with an AS7G03 aluminum alloy modified with strontium. Microstructural evolutions in hot conditions and the mechanical properties resulted from are not well known for this cast alloy and constitute the present work. The first part of the study presents the results obtained by simulation with two finite elements analysis software Simufact and ABAQUS. We could see that the maximal deformation occurs in the parting surface with a deformation closed to 0.5 and a rate which cans reach 10 s-1. Deformation in the skin due to the preform surface roughness is considered. The second part exposes the microstructure in the parts after forging. These observations were made by optical micrography and also by EBSD. This microstructure is predominantly substructured but can be recrystallized for Zener-Hollomon parameters higher than 1012. The typical skin microstructure and the effect of the quenching were also studied.Finally, we studied the evolutions of the static and cyclic mechanical properties. We could see that the forging step allows the welding of the shrinkage porosities with mechanical characteristics good enough to resist fatigue tests. The yield stress, the ultimate tensile stress and the ductility are all improved. The optimal microstructure seems to be a substructure of the dendrites which is the best for a deformation of 0.5 and a rate of 5 s-1 with a preform temperature of 530°C. The good substructuration and the reduced roughness of the skin allow a greater improvement of the fatigue life of the samples after the forging step.


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