Influence du procédé d'étirage à froid sur le comportement mécanique des fils composites Cu-Al

Influence of the cold drawing process on the mechanical behavior of Cu-Al composite wires

• Auteur / Autrice : Alireza Dashti
• Direction : Clément Keller, Benoit Vieille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, génie mécanique, productique, transport et génie civil
• Date : Soutenance le 07/04/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Hug
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Clément Keller, Benoit Vieille, Olivier Dalverny, Mohamed Rachik, Laurent Duchêne, Alain Guillet, Anne-Marie Habraken
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Dalverny, Mohamed Rachik

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés intermétalliques

Propriétés mécaniques

Microstructure (physique)

Fil métallique

Tréfilage

Étirage (travail des métaux)

Contraintes résiduelles

Mots clés libres

Fils de Cu-Al

Composites bimétalliques

Configuration fibre-matrice

Résistance à la traction

Cu-Al wires

Bimetallic composites

Wiredrawing

Residual stress

FEM

Fiber-matrix configuration

Microstructure

Mechanical properties

Tensile strength

Intermetallics

Résumé

Ce travail de thèse est dédié à l’étude de la microstructure et le comportement mécanique de fils Cu-Al conventionnels et architecturés élaborés par tréfilage. A travers la réalisation d’essais mécaniques de traction monotone, l’influence du procédé de fabrication sur le comportement mécanique est évalué en fonction de la distribution spatiale des phases. Malgré une microstructure similaire pour chacune des phases, les fils architecturés présentent une limite d’élasticité plus élevée que celle des fils Cu-Al conventionels ainsi que ceux du cuivre pur. La simulation numérique est ensuite utilisée pour évaluer l’origine de cet élévation de propriétés mécaniques montrant l’implication du développement des contraintes résiduelles liées au procédé. Lors du tréfilage de fils architecturés, le profil de contraintes résiduels est atténué comparativement à des fils Cu-Al conventionels avec, en particulier, une forte diminution des contraintes de traction proche de la surface. La prédiction de ces contraintes résiduelles est ensuite investiguée en fonction du type de loi de comportement utilisée, isotrope ou isotrope-cinématique montrant une tendance à la surestimation de ces contraintes avec des lois isotropes.

This study conducts a comprehensive investigation into the microstructure and mechanical behavior of non-heat-treated and differently heat-treated Cu-Al wires of different configurations and diameters. The manufacturing process involves wiredrawing, which can result in modifications to microstructural and mechanical properties. The findings reveal that architectured wires exhibit higher tensile strength than expected, which is explored through numerical testing of two hypotheses. Evaluations lead to the residual stress profile as a possible explanation for the high tensile strength observed in architectured Cu-Al wires and introduces the fiber-matrix configuration as a parameter that can optimize wiredrawing. Experimental verification of numerically predicted residual stress profiles is also attempted. Although, the experimental measurements were not reliable due to a number of possibilities. A pure isotropic strain hardening model may overestimate expected residual stresses in finite element modelling of Cu-Al cold drawing. Therefore, lastly, a numerical study is conducted to compare the predictions of residual stress profiles in cold-drawn Cu-Al wires with different Al volume fractions using pure isotropic and mixed isotropic-kinematic hardening models.