Contribution à l'étude des mécanismes de densification en compression isostatique à chaud : simulations et essais sur des empilements de fils

A contribution to the study of H. I. P. Densification mechanisms : simulations and tests on wire packings

• Auteur / Autrice : Amar Kherici
• Direction : Michel Grosbras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compression isostatique

Résumé

La compression isostatique à chaud (C. I. C. ) est un procédé de mise en forme et de consolidation de poudres métalliques ou céramiques, spécialement utilisé lorsque l’on recherche une élimination complète de la porosité résiduelle. Cette étude est consacrée aux mécanismes qui gouvernent la densification en adoptant une démarche consistant à confronter des mesures expérimentales et des simulations. Afin de contourner certaines difficultés liées à la description géométrique des milieux aléatoires, on a eu recours à des matériaux modèles constitués par des empilements réguliers de fils, ce qui permet en outre d'envisager des mesures sans biais pour les largeurs de contact et la taille des pores, à partir de techniques d'analyse d'images. Les différentes contributions à la densification (déformation plastique, fluage, diffusion aux joints de grains) ont été modélisées et un algorithme a été mis au point pour calculer les courbes de densification résultantes, en fonction des paramètres des cycles C. I. C. Et des divers paramètres physiques et mécaniques entrant dans les équations. La confrontation entre les prévisions et les résultats d'essais réels a permis de montrer que les mécanismes dépendant du temps (fluage, diffusion) pouvaient dans certaines conditions avoir une contribution importante durant les phases de pressurisation et de chauffage des cycles C. I. C. , ce qui était généralement négligé dans les simulations antérieures. Les résultats montrent quels sont les paramètres (limite d'élasticité, exposant de fluage) qui doivent être connus avec le maximum de précision, sous peine de désaccords potentiellement importants entre mesures et prévisions. La contribution de la diffusion aux joints de grains formés au niveau des contacts a été appréciée en comparant les résultats obtenus sur des fils en fer pur et des fils en fer revêtu par une couche mince de cuivre. Au total, les résultats obtenus permettent d'envisager des améliorations pour rendre plus précises les simulations relatives aux empilements granulaires.

Hot isostatic pressing (H. I. P. ) is a forming and consolidating process for metallic or ceramic powders, specially used when a complete elimination of residual pores must be achieved. This study is devoted to the mechanisms which control the densification following a methodological approach based on the comparison between experimental measures and simulations. In order to overcome some difficulties related to the geometrical description of random granular media, we have recourse to a modelling material such as regular wire packings, which also allow unbiased measures of the contact width or the pore size using image analysis methods. The different contributions to densification (plastic deformation, creep, boundary diffusion) have been modelled and an algorithm was carried out in order to calculate the resulting densification curves according to the CIC parameters and the various physical and mechanical arameters being in the equations. The comparison between previsions and results of real tests shows that time depending mechanisms (creep, diffusion) could lead to a strong contribution to densification during the pressurizing and the heating steps of C. I. C. Cycles, that was generally neglected in previous simulations. The results show what parameters which must be known with a maximum precision to avoid potentially large disagreements between measures and previsions. The boundary diffusion contribution at wire contacts have been valuated in comparing results obtained for pure iron wires and those for coated iron wires with a thin copper layer. Finally, the results allow to envisage some improvements for simulations related to C. I. C. Densification of granular packings.