Thèse soutenue

Critères d’optimisation des alliages de TITane pouraméliorer leur USinabilité

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Auteur / Autrice : Christophe Ramirez
Direction : Gérard PoulachonGuenaël GermainFrédéric Rossi
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 14/03/2017
Etablissement(s) : Paris, ENSAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bourguignon des matériaux et procédés (Cluny, Saône-et-Loire) - Laboratoire bourguignon des matériaux et procédés (Cluny, Saône-et-Loire)
Jury : Président / Présidente : Elisabeth Gautier
Examinateurs / Examinatrices : Gérard Poulachon, Guenaël Germain, Frédéric Rossi, Guillaume Abrivard
Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Dessein, Pedro José Arrazola Arriola

Mots clés

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Résumé

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L’introduction massive des alliages de titane pour les pièces de structures aéronautiques a soulevé de nouvelles problématiques d’usinage. Du fait que les matériaux réfractaires présentent de faibles propriétés thermiques leur mise en forme par usinage à sec est difficile. L’objectif industriel est d’améliorer la productivité de l’usinage des alliages de titane afin d’en réduire les coûts. Des travaux concernant la coupe du Ti6Al4V α+β, du Ti54M et du Ti6Al4V traité β ont été réalisés pour mettre en évidence les différences d’usinabilité entre ces trois matériaux. Ces travaux mettent en avant une forte influence du comportement orthotrope et de l’hétérogénéité de la microstructure lamellaire, ainsi que de la taille des grains du Ti6Al4V traité β sur la mise en forme par coupe. L’étude sur l’usure des outils par diffusion montre que le principal élément de diffusion est le titane et que par conséquent aucune différence n’est observée entre les trois matériaux. Pour confirmer que la diffusion est le mode d’usure principal, des essais de perçage instrumentés avec un système de mesure de température sans fil ont été effectués. Les températures à l’arrière de l’arête de coupe atteignent des températures supérieures à 500°C pour de faibles vitesses de coupe. A cette température le phénomène de diffusion est thermiquement activé et confirme les hypothèses évoquées précédemment. Enfin, pour avoir une compréhension des différences d’usinabilité mises en évidence lors des travaux expérimentaux, une recherche sur le comportement des matériaux (Johnson-Cook) et la mise en place d’une simulation numérique ont été réalisées. Les simulations réalisées à l’aide des lois de comportement identifiées précédemment modélisent précisément l’usinage du Ti6Al4V α+β et du Ti54M. L’hétérogénéité du Ti6Al4V traité β ne permet pas une bonne modélisation de la formation du copeau. Une modélisation polycristalline serait plus adaptée.