Rupture à chaud dans les aciers au cours de leur solidification : caractérisation expérimentale et modélisation thermomécanique

par Olivier Cerri

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Michel Bellet et de Yvan Chastel.

Soutenue en 2007

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    La rupture à chaud, ou crique à chaud est un défaut majeur en solidification, qui conduit au rebut de nombreuses pièces ou demi-produits. Elle correspond à l’ouverture de criques en fond de zone pâteuse, c’est-à-dire dans les régions à haute fraction de solide (typiquement 0. 9 et au-delà), lorsque ces régions sont soumises à des déformations favorisant la mise en traction des films liquides résiduels. Différents critères peuvent être trouvés dans la littérature pour diagnostiquer la fissuration à chaud. L’objectif de cette étude est d’évaluer leur capacité à prédire correctement l’apparition de ce type de défauts, et ce pour différents domaines d’application tels que la solidification en lingotière et la coulée continue de billettes et de brames. Pour cela, deux types d’essais différents ont été analysés avec le modèle thermomécanique par éléments finis THERCAST® dans lequel nous avons implanté une sélection de critères. Un nouveau dispositif expérimental de solidification sous contrainte (le dispositif Crickacier) a alors été développé et mis en œuvre au CEMEF pour les besoins de cette étude. Ce dispositif s’est révélé capable de faire apparaître des défauts similaires à ceux observés dans les procédés industriels, et ce dans des conditions identifiables et discriminantes. Sa modélisation thermomécanique a permis de mettre en valeur le critère le plus pertinent. L’application de cette méthodologie à un autre type d’essai, le cintrage de lingot en cours de solidification, pour lequel nous avons accès à des résultats existants à Arcelor Research sur plusieurs nuances d’acier, nous a permis de suggérer des améliorations à apporter à l’écriture du critère. Au final, nous avons proposé un nouveau critère directement adapté à une utilisation dans un code de simulation comme THERCAST.

  • Titre traduit

    Hot tearing in steels during solidification : experimental characterization and thermomechanical modeling


  • Résumé

    Hot tearing is a major defect in castings or semi-finished cast products. It consists in the opening of cracks in the mushy zone and more precisely in the areas with high fraction of solid (typically 0. 9 and beyond), when the material is subjected to deformations leading to local tensile stress. Various kinds of criteria have been previously developed to highlight a risk of formation of hot tears. The aim of this study is to evaluate their capability to predict the occurrence of hot tears correctly. In order to do so, two kinds of tests have been analyzed with the use of a thermomechanical model in which criteria have been implemented. A new constrained solidification testing apparatus has then been designed and contructed. This laboratory set-up proved to be discriminating because the generation of hot tears did occur, or not, depending on the configuration of the test. These defects are quite similar to those detected in industrial processes. Another evaluation has been performed on a semi industrial scale test, which consists in bending a semi-solid steel ingot. These comparisons succeeded in revealing that accumulated strain is a key parameter in hot tearing problems. Thus, the most significant criterion has been improved in order to predict more accurately the occurrence of hot tears in industrial configuration.

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  • Détails : 1 vol. (204 p.)
  • Annexes : Bibliographie

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  • Cote : EMS T-CEMEF-332
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