Comportement tribologique des alliages métalliques légers en mise en forme à chaud

The tribological behavior of lightweight metals in hot forming processes

• Auteur / Autrice : Panuwat Soranansri
• Direction : André Dubois, Laurent Dubar
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale polytechnique Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'informatique Industrielles et Humaines

Mots clés

Mots clés libres

Frottement

Revêtement de surface

Déformation plastique

Alliages d'aluminium

Friction

Surface coatings

Plastic deformation

Aluminium alloys

Résumé

Ces dernières années, les métaux légers tels que des alliages d'aluminium et de magnésium ont été utilisés pour la fabrication de nombreux composants automobiles et aéronautiques. Ces alliages possèdent d'excellentes propriétés physiques, telles qu'un rapport résistance mécanique/masse élevé et une bonne résistance à la corrosion. Ces composants automobiles et aéronautiques sont souvent fabriqués par des procédés de mise en forme par déformation à chaud. Ces procédés permettent une production rapide et à faible coût. Néanmoins, le transfert de matière des pièces aux surfaces des outils pendant le processus de fabrication est un problème récurrent qui conduit à de mauvais états surfaces côté pièce, et à une usure prématurée côté outil. Le sujet de thèse proposé se concentre sur le développement de revêtements DLC pour empêcher ce transfert de matière (usure adhésive). Le travail se divise en trois étapes principales. Étape 1 : étude de l'effet de la topographie de surface et du revêtement de l'outil sur le comportement tribologique dans des conditions de contact sévères à température évaluée. Une attention particulière sera portée afin de dissocier les effets mécaniques et chimiques lors du transfert de matière dans des conditions de contact sévères à température élevée. Cette étape fournira des informations relatives aux mécanismes d'usure se produisant lors du transfert de matière à haute température. Étape 2: le résultat de l'étape 1 sera ensuite utilisé pour étudier les interactions entre la texture de surface, le revêtement PVD et le lubrifiant afin d'obtenir des solutions tribologiques capables d'empêcher, ou tout au moins de retarder, l'initiation du transfert de matière, toujours dans des conditions de contact sévères à haute température. Ces solutions seront développées à l'échelle des dispositifs du laboratoire. Étape 3 : enfin, les solutions obtenues à l'étape 2 seront mises en œuvre et testées sur des procédés de formage à chaud de métaux légers.

Over the recent years, many automotive and aircraft components have been designed using lightweight metals, such as aluminium and magnesium alloys. These alloys possess excellent physical properties, such as a high strength-to-weight ratio and good corrosion resistance. Metal forming processes are widely used to manufacture these automotive and aircraft components. It allows fast production at a low cost. Nevertheless, material transfer from the workpieces to the tool surfaces during the deformation process is a recurring issue. It leads to bad workpiece surfaces and untimely wear of tools. The present research focuses on the development of DLC coatings to prevent this adhesive wear. The work is parted into three main steps. Step 1: investigation of the effect of surface topography and tool coating on the tribological behaviour under severe contact conditions at evaluated temperature. Particular attention will be paid in order to dissociate the mechanical scraping from the chemical bonding effects during material transfer under severe contact conditions at elevated temperatures. This step will provide information related to the wear mechanisms occurring during material transfer at high temperatures. Step 2: the result of step 1 will then be used to investigate the interaction of surface texture, PVD coating, and lubricant and to obtain tribological solutions able to prevent or delay the initiation of the material transfer under severe contact conditions at the evaluated temperature on laboratory testing devices. Step 3: finally, the solutions obtained in step 2 will be implemented and tested on hot forming processes of lightweight metals.