Couplages matériaux procédés pour les alliages de cuivre du transport ferroviaire

Materials-processes couplings for the copper alloys in rail transport

• Auteur / Autrice : Julie Chalon
• Direction : Laurent Dubar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement privé partenaire de recherche : Railenium, Institut de recherche technologique de la filière ferroviaire (Valenciennes, Nord)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Bergheau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Dubar, Régis Bigot, Salima Bouvier, Adnane Boukamel, Jean-Dominique Guérin, Philippe Moreau, André Dubois, Eli Saúl Puchi-Cabrera
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Bigot, Salima Bouvier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cuivre -- Alliages

Recristallisation (métallurgie)

Métaux -- Formabilité

Mots clés libres

Cuivre

Cu-Ni-Si

Rhéologie

Recristallisation dynamique

Précipitation dynamique

Formabilité

Forgeage

Copper

Cu-Ni-Si

Rheology

Dynamic recrystallization

Dynamic precipitation

Workability

Hot forging

Résumé

Les raccords et connexions de caténaires ont un rôle important dans l’intégrité électrique et mécanique des caténaires. Ces pièces sont pour la plupart constituées d’un alliage de cuivre Cu-Ni-Si mis en forme par forgeage à chaud. Dans un contexte de fiabilisation du réseau ferroviaire, l’amélioration de leurs performances et de leurs procédés de fabrication est recherchée. Ces travaux se concentrent sur l’étape de mise en forme de ces pièces, et ont pour objectif de mieux comprendre les couplages matériaux-procédés des alliages Cu-Ni-Si.Une campagne expérimentale de compression est menée. Elle permet de développer un modèle rhéologique à base physique décrivant le comportement d’un alliage Cu-Ni-Si dans les gammes de température 800 - 950 °C et de vitesse de déformation 0.1 - 10 s−1. Il tient compte des phénomènes d’adoucissement par restauration et recristallisation dynamiques. Le modèle ainsi créé est ensuite implémenté dans un logiciel éléments finis.Un nouvel essai de formabilité est proposé. Il permet de reproduire les sollicitations mécaniques rencontrées lors d’un procédé de forgeage et vise à déterminer les conditions limites de formabilité d’un matériau. La mise en forme d’une pièce de référence est étudiée par le biais de cet essai. Sa caractérisation précise en matière de champ de déformations et de contraintes permet d’identifier les paramètres expérimentaux. Les résultats identifient une température limite de forgeage en-deçà de laquelle des fissures sont prédites dans la pièce.

Contact wire splices play a leading role in the electric and mechanical integrity of the catenary systems. Most of these parts are made of Cu-Ni-Si alloys and manufactured by a hot forging process. With the aim of increasing the reliability of the railway network, the improvement of their performances and their manufacturing processes is sought. This work is focused on the forming stage of these parts and aims to give a better understanding of the materials-processes couplings for the Cu-Ni-Si alloys.An experimental campaign including compression tests is conducted. It allows the development of a physically-based model to describe the rheological behavior of a Cu-Ni-Si alloy deformed in the temperature range between 800 °C and 950 °C, at strain rates in the range of 0.1 - 10 s−1. It takes into account the work-softening implied by dynamic recovery and dynamic recrystallization. The model thus created is then implemented in a finite element software.A new workability test is proposed. Its purpose is to reproduce the mechanical conditions encountered in a forming process and to determine the critical conditions of workability related to a material. The forging process of a reference part is studied by means of this test. An accurate characterization of the process in terms of strain magnitude and stress field allows the identification of the experimental parameters. The results lead to the identification of a limit temperature of workability below which fractures are predicted in the part.