Modélisation du procédé de fluotournage du tantale et du traitement thermique associé

Numerical modelling of flow forming on tantalum and subsequent heat treatment

• Auteur / Autrice : Marie Houillon
• Direction : Elisabeth Causse-Massoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Métaux -- Traitement thermique

Rhéologie

Tantale

Travail des métaux

Résumé

Dans un premier temps, on propose pour le tantale un modèle de comportement physique dépendant de la densité de dislocations et permettant de restituer les effets de la température et de vitesse de déformation sur une large gamme de 10-4 à 103 s-1. Associé à ce modèle rhéologique, on présente une relation entre la densité de dislocation et la microdureté Vickers. Les paramètres de cette relation sont identifiés pour le tantale par la modélisation numérique de l'indentation. La modélisation du procédé de fluotournage est faite par le logiciel commercial Forge2007®. Des essais sur du plomb et sur du cuivre ont permis de confronter la simulation numérique à des résultats d'expérience. Une formulation ALE est développée dans le but d'optimiser la finesse du maillage au contact des outils à partir d'une formulation déjà existante. On a développé des algorithmes particuliers permettant de conserver correctement les surfaces libres malgré les mouvements relatifs du maillage par rapport à la matière pour le procédé de fluotournage. Enfin, on propose une relation qui modélise l'évolution de la densité de dislocations lors d'un traitement thermique de restauration. Des observations in situ de la microstructure au cours d'un traitement thermique ont permis de d'améliorer la compréhension de la cinétique de recristallisation et des mécanismes de germination. Pour finir, on présente une méthode de mesure de la fraction recristallisée par mesure de la microdureté

We first propose for the tantalum a physical constitutive law depending on the dislocations density that is able to take in account the effects of temperature and the effects of strain rate on a broad range from 10-4 to 103 s-1. Combined with the rheological model, we present a relationship between dislocation density and Vickers microhardness. The parameters of this relationship are identified for the tantalum by numerical modeling of the indentation. The modeling of flow-forming process is done by the commercial software Forge2007 ®. Tests on lead and copper are used to compare the numerical simulation to the experiment results. An ALE formulation, based on an existing formulation, is developed to optimize the refinement of the mesh in contact with tools. We developed special algorithms to properly maintain the free surfaces despite the movements of the mesh relatively to the material in the flow-forming process. Finally, we propose a relationship that models the evolution of dislocation density during a recovery heat treatment. In situ observations of the tantalum microstructure during heat treatment helped to understand the kinetics of recrystallization as well as the mechanisms of germination. Finally, we present a method for measuring the recrystallized volume fraction by measuring the microhardness