Etude de l'endommagement lors du démasselotage à chaud de bielles en fonte GS ADI moulées forgées.

Study of damage during the hot-cutting of molded and forged austempered ductile iron automotive connecting rods.

• Auteur / Autrice : Thomas Martinez
• Direction : Hervé Bonnefoy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences IFTS - STS
• Date : Soutenance le 19/12/2016
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie et Sciences des Matériaux (LISM - EA 4695) (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Titeux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Bonnefoy, Krzysztof Wierzbanowski
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Morel, Napo Bonfoh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détection de défaut (ingénierie)

Masselottage

Mots clés libres

Fonte nodulaire

Démasselottage à chaud

Matériaux poreux

Endommagement

Rupture en cisaillement

Caractérisation mécanique

Nodular graphite cast iron

Hot trimming

Porous Materials

Damage

Shear fracture

Mechanical characterization

Résumé

Les travaux de cette thèse ont été initiés par la volonté industrielle de lever le verrou technologique du démasselotage à chaud de bielles en fonte GS. Ces bielles sont obtenues par un procédé de fabrication hybride innovant mêlant forgeage et fonderie en moule métallique. Ce procédé exige que le démasselotage soit effectué dans la « chaude de coulée » lorsque la fonte GS est en phase austénitique. La découpe de la fonte dans ces conditions de température fait apparaître des défauts majeurs sur les surfaces découpées préjudiciables à la suite du process. Pour pouvoir répondre à cette problématique, une étude est menée sur la caractérisation du comportement et de l’endommagement de la fonte GS dans les conditions de température du process. Une attention particulière est portée sur l’influence de la microstructure nodulaire sur les mécanismes de la rupture. Afin de se doter d’outils de simulation pour mettre au point le processus de démasselotage à chaud, les paramètres du modèle de comportement et d’endommagement de Gurson-Tvergaard-Needleman appliqués à la fonte GS sont identifiés par méthode inverse. Enfin, un plan d’expérience est déployé sur un démonstrateur de découpe instrumenté afin d’obtenir la configuration optimale des paramètres process pour une découpe sans défaut. Cette dernière étude met en avant la présence d’une transition d’un mode de rupture ductile à fragile lors de l’apparition des défauts de démasselotage.

This work was initiated by the technological problematic of hot trimming of nodular cast iron connecting rods. These connecting rods are obtained by an innovative hybrid process that combines forging and metal mold casting. This process requires the trimming to be conducted at high temperatures in the is the austenitic phase of the cast iron. Hot trimming of cast iron brings up major defects on the cut surfaces which are detrimental to the continuing process. To address this problem, a study is conducted on the characterization of the mechanical behavior of nodular cast iron in the process temperature conditions. A particular attention is paid to the influence of the nodular microstructure on the failure mechanisms. To develop simulation tools for nodular cast iron hot trimming, the parameters of Gurson-Tvergaard-Needleman model are identified by inverse method for our material. Finally, a design of experiment is deployed using an instrumented demonstrator to obtain the optimum parameters configuration for a maximized cut surface quality. This latest study highlights the presence of a transition from ductile to brittle mode of failure leading to the hot trimming defects.