Evaluation et modelisation des contraintes residuelles dans les fontes austeno-ferritiques à graphite sphéroi͏̈dal : influence du traitement thermique et thermomécanique : thèse pour le doctorat en sciences spécialité Mécanique et matériaux

par Florin Serban

Thèse de doctorat en Mécanique et matériaux

Sous la direction de Alain Lodini.

Soutenue en 2004

à Reims .

mots clés

• Fonte à graphite sphéroïdal
• Thermoélasticité
• Élastoplasticité
• Contraintes résiduelles
• Neutrons -- Diffraction

Résumé

Le développement des fontes à graphite sphéroi͏̈dal de type ADI (Austempered Ductile Iron) est une avancée importante dans la technologie des fontes ductiles. Ces propriétés sont comparables ou dans certains cas, supérieures à celles d'aciers forgés. L'utilisation de la fonte ADI pour l'industrie automobile présent plusieurs avantages comme par exemple : la flexibilité du design, une masse moins élevée, une très bonne résistance mécanique, une meilleure usinabilité et un coût de fabrication réduit. Depuis une quinzaine d'années, la fonte austéno-ferritique fait l'objet d'études très variées, tant sur la théorie de la transformation, que sur les domaines d'application et sur les propriétés mécaniques. Pourtant, il reste des problèmes à élucider. On note ainsi : la stabilité thermique et thermomécanique de la structure austéno-ferritique, l'influence des éléments d'alliage sur les propriétés mécaniques, la cinétique de la transformation bainitique, l'influence des paramètres de traitement thermique sur la structure (phases en présence), sur l'état des contraintes résiduelles, etc. Le travail réalisé porte sur l'étude des fontes austéno-ferritiques à graphite sphéroi͏̈dal, sur leur comportement élastoplastique et thermo élastique à l'aide de la diffraction des neutrons et de la diffraction classique de rayons X. En connaissant les valeurs des contraintes résiduelles générées par les traitements thermiques ou thermomécaniques dans la réalisation des fontes ADI, en rapprochement avec un modèle mathématique (le modèle auto cohérent, dans notre cas) et autres méthodes d'investigation, nous pourrons ensuite envisager de prédire le comportement mécanique des fontes austéno-ferritiques à graphite sphéroi͏̈dal

Titre traduit

Evaluation and modelling of residual stresses in Austempered Ductile Iron : influence of thermal and thermomechanical treatment

Résumé

The development of Austempered Ductile Iron is an important advance in the cast iron technology. Its properties are comparable or superiors that of the forged steel. The using of ADI in automobile industry shows a lot of advantages as: design flexibility, a smaller weight, very good mechanical strength, good machinability and a reduced price of production. The austempered ductile iron makes the object of various studies in the last fifteen years, as for the phase transformation theory than applications area or mechanical properties. Nevertheless there are a lot of problems to be solved: thermal and termomechanical stability of matrix, the influence of alloy elements on mechanical properties, kinetics of bainitic transformation, influence of thermal and termomechanical treatment parameters on the structure (each phases), on the residual stresses. This work is based on the study of Austempered Ductile Iron, on theirs elastic and thermo elastic behaviour using neutron and X ray diffraction techniques. Knowing the values of residual stresses generated by thermal or termomechanical treatment in ADI production, in agreement with a mathematic model (in our case, self consistent model), and other investigation methods, we will able to predict the behaviour of Austempered Ductile Iron