Usinabilité d'alliages Cuivre-Béryllium : influence de la microstructure

Processing properties of copper-beryllium alloys : influence of the microstructure

• Auteur / Autrice : Alban de Saever
• Direction : Albert Tidu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 12/07/2016
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Abdelhadi Moufki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guenaël Germain, Tony Montesin, Vincent Laporte, Daniele Mari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guenaël Germain, Tony Montesin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microstructure (physique)

Usinabilité

Alliages

Béryllium

Cuivre

Usinage

Mots clés libres

Alliages cuivre-béryllium

Usinage

Propriétés mécaniques

Modèle analytique

Microstructure

Copper-beryllium alloys

Machining process

Mechanical properties

Analytical Model

Microstructure

Résumé

Le travail proposé s’inscrit dans le contexte général de la maîtrise des propriétés des matériaux en relation avec les conditions d’usinage. Cette étude s'intéresse en particulier aux relations entre Microstructure et Usinage. La problématique développée dans ce travail concerne la mise en forme des alliages cuivre-béryllium à usinabilité améliorée (C17300) qui ont la réputation d’être versatiles à l'usinage, en dépit de propriétés mécaniques macroscopiques comparables. La mise en évidence de ces variations d'usinabilité et la recherche des causes et des solutions est l'objectif principal. Après la description du matériau d'étude et des méthodes de caractérisation, l'usinage des alliages C17300 est conduit en réalisant le suivi des efforts et des températures au cours d'une opération de coupe orthogonale stricte. Les résultats expérimentaux, à la fois de la caractérisation multi-échelle et de l'usinage des nuances industrielles dans un état de livraison et de remise en solution, sont présentés. Ils permettent de mettre en œuvre et de valider un modèle analytique de coupe. La question de l'influence de l'usinage sur la microstructure de la pièce usinée est complétée par le développement d'alliages modèles à dureté contrôlée élaborés en interne. Une caractérisation très précise de ces alliages (en surface, en sous-surface et dans les copeaux) permet d’évaluer l’impact de la microstructure initiale sur leur usinabilité. Enfin, une discussion confronte l'ensemble des résultats obtenus. Grâce à l'utilisation du modèle analytique validé, des informations essentielles (temps de contact, temps de transit et température au sein des bandes de cisaillement) permettent de mettre en évidence des phénomènes diffusionnels en cours d'usinage. L'adaptation de différents modèles de diffusion assistée permet d'expliquer les phénomènes observés. Pour clôturer l'étude, de nouveaux chemins de mise en forme des C17300 sont proposés, afin d'assurer l'obtention de propriétés mécaniques excellentes avec une usinabilité améliorée

The document presented hereby study the relationship existing between machining and materials behaviors, especially from a microstructure's perspective. The main purpose of this study is to understand the variability of cutting process of copper-beryllium alloys with improved machining capabilities, despite the fact that their macroscopic mechanical properties are even. After a description of those alloys and the characterization methods used in the present work, the machining of different materials are presented. The stresses and temperatures reached during orthogonal cutting are recorded and will describe the machinability. Experimental results of machining alloys which are in different metallurgical states are then presented. Those results will help the implementation of an analytical model of chips formation. The influence of machining process on work pieces and chips produced by orthogonal cutting of copper-beryllium alloys are then completed by a study of model materials developed in this work. Those alloys presenting well defined microstructure still possess the same hardness despite different thermo-mechanical treatments including mechanical deformation and ageing. A very detailed microstructure analysis of those model materials shows the influence of initial microstructure on their machinability. Diffusion mechanisms are put in light thanks to the information delivered by the analytical model (interaction time, transit time and temperature obtained through the different shear bands). Those assisted diffusion mechanisms explain the material behaviour during the orthogonal cutting. At last, better ways of material forming are exposed in order to have simultaneously excellent mechanical properties and excellent machinability for copper-beryllium alloys