Simulation numérique par éléments finis en 3D du comportement thermomécanique au cours du traitement thermique d'aciers : application à la trempe de pieces forgées ou coulées

• Auteur / Autrice : Charles Aliaga
• Direction : Elisabeth Causse-Massoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Trempe

Acier

Acier -- Traitement thermique

Éléments finis, Méthode des

Résumé

Ce travail porte sur le developpement d'un outil de simulation numerique du traitement thermique des aciers. La simulation numerique d'un procede aussi complexe necessite la comprehension de la thermique, de la mecanique et de la metallurgie ainsi que de leurs interactions pendant tout le refroidissement. Cette etude se trouve au carrefour de plusieurs disciplines comme le numerique, la mecanique et la metallurgie. Dans le but de realiser une etude complete, cette etude fait suite a de precedents travaux dans chacune des disciplines nommees, et a pour but de faire converger les connaissances dans ces domaines pour realiser l'ensemble des couplages necessaires pour une representation realiste du procede. C'est tout naturellement que ce travail se decompose principalement en trois parties : premierement les methodes numeriques employees pour la resolution du probleme thermomecanique sont decrites. Le modele thermomecanique repose sur une loi de comportement thermo-elasto-viscoplastique additive a ecrouissage isotrope et cinematique. Le modele elements finis est base sur un traitement original de l'element p1+/p1 dans le but de reduire le temps de calcul tout en conservant l'ordre d'interpolation de l'element. Le couplage thermomecanique est un couplage alterne par increment de type gauss-seidel. Ce couplage est gere par une gestion automatique du pas de temps pour assurer la convergence globale du systeme. Dans une deuxieme etape, nous avons integre un modele de calcul des evolutions des cinetiques de transformation de phases au cours du refroidissement de pieces presentant un gradient de teneur en carbone. Finalement, nous avons developpe les couplages metallurgie-thermomecanique, et l'ensemble de ces interactions est valide sur des geometries cylindriques. Enfin, au dernier chapitre nous presentons la confrontation modele-experience sur deux types d'application. Premierement dans le cas de refroidissement naturel d'un coupon de rail, et deuxiemement sur la trempe d'un pignon automobile cemente. La strategie du modele couple permet d'envisager des simulations pour des cas industriels de la phase de refroidissement et de trempe du procede de traitement thermique.