Etude des propriétés mécaniques des composites de matrice titane renforcée in situ par TiB/TiC

Study on mechanical properties of the in situ TiB/TiC reinforced titanium matrix composites

• Auteur / Autrice : Fei Zhao
• Direction : Xiao Lu Gong, Di Zhang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes mécaniques et matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Troyes en cotutelle avec Shanghai Jiao Tong University
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Éléments finis, Méthode des

Résistance de frottement (hydrodynamique)

Fatigue

Résistance des matériaux

Propriétés mécaniques

Composites à matrice métallique

Résumé

Ces travaux de recherche ont pour objectif d’étudier les effets des renforts TiB et TiC dans les composites à matrice de titane sur les propriétés mécaniques, par analyse et caractérisation expérimentale et simulation numérique. Le comportement de traction, de frottement et de fatigue d'une série de composites renforcés par in situ TiB/TiC a été mis en évidence. La méthode des éléments finis permet également de simuler les effets des renforts. Les résultats obtenus montrent que les TiB/TiC peuvent jouer un rôle important de renforcement lors de sollicitations complexes. Les propriétés des composites (module élastique et de cisaillement) et la rigidité de ces matériaux dépendent du type, de la quantité, de la forme et de la distribution des renforts. Les renforts peuvent empêcher la propagation des fissures dans le cas statique. En dynamique, les renforts TiB réduisent la résistance à la fatigue des composites lorsque la sollicitation est importante, mais peuvent augmenter cette résistance lorsque la sollicitation est faible; par contre les renforts de TiC peuvent améliorer la résistance à la fatigue des composites. Dans la pratique, il faut aussi tenir compte des conditions de mise en forme et d’application des composites. Le contenu des renforts devrait être déterminé en tenant compte du coût de fabrication, de sorte que nous puissions optimiser les besoins d’application réelle, mais également de réduire les coûts

The aim of this research is to study the effects of reinforcements TiB and TiC materials by experimental analyzing structures and mechanical testing of properties of in situ synthesize TiB/TiC reinforced titanium matrix composites. The tensile, friction and fatigue properties of in situ TiB/TiC reinforced composites structures were tested. Finite element analysis was also used to simulate the effect of the reinforcements. The results show that the reinforcements can play an important role in the composites properties. The elastic modulus and shear modulus have some relation with the type, the quantity, the shape and the distribution of the reinforcements in the composite materials. Some formulas about the modulus of the composites are suggested by modelling the composite behaviours with numerical method. The reinforcements can prevent the crack initiation and propagation in static load. For the fatigue properties, the reinforcement TiB reduces the fatigue life of the composites under high level of load, but increases it in low load conditions, while TiC reinforcements can improve the fatigue strength of the composites. So in practice, the applying conditions of the composites should be considered. The contents of the reinforcements should be determined by taking account of the manufacturing costs, so that we can to optimize the practical needs and to but reduce the costs