Caractérisation expérimentale et simulation numérique des procédés d'emboutissage profond : application aux aciers inoxydables austénitiques

Experimental characterization and numerical simulation of deep drawing processes : application to austenitic stainless steels

• Auteur / Autrice : Sébastien Gallée
• Direction : Clotilde Berdin-Meric, Pierre Yves Manach
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lorient

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Travail de la tôle

Transformations martensitiques

Acier inoxydable austénitique

Résumé

Les tôles en aciers inoxydables austénitiques sont très utilisées en mise en forme dans l'industrie. Ces aciers, ayant de bonnes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion, se retrouvent dans la fabrication de pièces pour le domaine ménager et alimentaire (éviers, couverts. . . ). En fonction de leur composition chimique (en particuliers la teneur en nickel), ces nuances peuvent être métastables. Cela signifie que la phase austénitique constituant ces aciers se transforme partiellement en phases martensitiques compte tenu de l'énergie mécanique induite par le procédé. Nous avons développé un modèle de comportement tridimensionnel permettant de caractériser l'influence de la transformation martensitique sur le comportement de ces aciers et de réaliser des calculs par éléments finis pour simuler différents procédés de mise en forme. Après un bilan sur les lois d'évolution de la transformation martensitique et sur les modèles de comportement existants, une caractérisation mécanique conséquente de deux nuances d'aciers inoxydables austénitiques est réalisée, l'une étant susceptible de subir une transformation de phase et l'autre étant stable. L'identification de deux lois de comportement est ensuite présentée. La première loi est un modèle macroscopique ne différenciant pas les phases austénitique et martensitique alors que le second est un modèle biphasé permettant de prendre en compte l'influence de chacune des phases sur le comportement de l'acier. Enfin, ces modèles sont introduits dans un code de calcul par éléments finis pour simuler des procédés d'emboutissage profond.

Austenitic stainless steels are commonly used for industrial application like cold forming. These steels have high mechanical properties and corrosion resistivity and are used in food and domestic industries (sink, cultery. . . ). Depends on their chemical composition (particularly the nickel content), these steels can be unstable. These steels can exhibit a martensitic transformation induced by the plastic deformation during cold forming. A 3D constitutive law has been identified to study the influence of the martensitic transformation on the behavior of the steel and then to simulate deep drawing processes using a commercial finite element code. After an enumeration of some former behavior laws and kinetics laws of the martensitic transformation, the experimental characterization of two austenitic stainless steels, the first one with no phase transformation and the second one being unstable, is established. This allow to identify the material parameters of two constitutives. The first one is a macorscopic model of Hill's type and the second one is a micromechanical model that take into account the influence of the martensite phase on the macoscopic behavior of the steel. Both models are used to simulate deep drawing processes using a commercial finite element code.