Étude de l’aptitude à la rectification des aciers rapides supérieurs : application aux cylindres de laminage des alliages d’aluminium

Study of the grindability of the high speed steel. Application to rolling rolls of aluminium alloys.

• Auteur / Autrice : Haifa Sallem
• Direction : Hédi Hamdi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingénierie
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, Ecole nationale d'ingénieurs

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux -- Surfaces

Surfaces (technologie)

Rugosité

Meulage

Carbures

Usinage

Transmission (mécanique)

Résumé

La qualité des tôles laminées dépend de la qualité microgéométrique du cylindre de laminage. Celle-ci à son tour dépend du procédé de rectification qui a permis la réalisation de la surface fonctionnelle. Enfin, la durée de vie des cylindres dépend de l'intégrité de surface à savoir la topographie de surface, la microstructure de la zone affectée, la distribution des contraintes résiduelles, les gradients de propriété, etc…Ainsi, le travail effectué a pour objectif de caractériser l'aptitude à la rectification d’une nouvelle nuance d’acier rapide supérieur, s'est déroulé en trois étapes. Tout d'abord, compte tenue de la dureté excessive des surfaces fonctionnelles et de la microstructure particulière de l’acier, il a été nécessaire de mettre en place des essais de rayage pour classifier plusieurs familles de grains abrasifs et étudier la rectifiabilité de cet acier à l’échelle du grain. On s'est rapidement aperçu que les abrasifs traditionnels ne répondent pas aux exigences attendues. Les essais de rayage avec des indenteurs CBN ont donné de bons résultats. Par conséquent, la procédure de rectification, a été menée directement avec des meules en CBN. Une démarche expérimentale a été mise en place, elle a permis d’obtenir un aperçu sur les impacts des paramètres opératoires de la rectification cylindrique sur l’intégrité de la surface rectifiée à savoir les paramètres de rugosité, les contraintes résiduelles en surface et en profondeur. Les résultats montrent notamment que la combinaison HSS-CBN-huile en rectification de finition mène à la génération des contraintes résiduelles de compression. En vue de comprendre les phénomènes multi-physiques dans l'interface meule/pièce, la simulation par éléments finis du procédé de rectification cylindrique a été menée. Les calculs thermomécaniques réalisés, en utilisant une source thermomécanique équivalente, ont montré indirectement que les contraintes résiduelles de compression. En vue de comprendre les phénomènes multi-physiques dans l'interface meule/pièce, la simulation par éléments finis du procédé de rectification cylindrique a été menée. Les calculs thermomécaniques réalisés, en utilisant une source thermomécanique équivalente, ont montré indirectement que les contraintes résiduelles de compression viennent essentiellement d’un changement microstructural lié principalement à des transformations métallurgiques et/ ou à un écrouissage fort de la sous couche rectifiée.

Rolled sheet quality depends on microgeometric characteristics of the work roll obtained by grinding operation. However, work roll life and performance characteristics are usually sensitive to surface integrity in grinding in terms of surface topography, residual stresses distribution, microstructure modification, tribological behavior (friction, wear), gradient of properties… So, adjustments of grinding process are necessary to reach the required quality on roll and rolled sheet surfaces. The present study aims to characterize the grindability of new high speed steel used for cold rolling. Given the high hardness of functional surfaces and the particular microstructure, single grit scratch tests were conducted in order to classify several families of abrasive grains and study the grindability of this steel. It was found that superabrasive CBN is the most convenient abrasif, able to grind the high speed. Considering pervious results, the study of the grinding process was conducted using CBN wheels. An experimental approach has been implemented, it allowed to get an overview of the impacts of operating parameters of cylindrical grinding on surface integrity of the ground surface i. E. Roughness parameters, surface residual stress and depth. The results show in particular that a combination of the HSS, the CBN wheel and the oil lubrication in finish grinding leads to the generation of compressive residual stresses. In order to understand multiphysical phenomena in the contact wheel-workpiece, numerical simulation of grinding process was conducted using equivalent thermo-mechanical source. Results show, indirectly, that the compressive residual stresses are principally related to metallurgical transformations leading to microstructural change.