Présentation
Auteur(s)
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Éric FELDER : Ingénieur civil des Mines de Paris - Docteur ès sciences - Maître de recherches à l’École des mines de Paris - Responsable adjoint du « Groupe surfaces et tribologie » au Centre de mise en forme des matériaux (CEMEF)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Nous poursuivons, dans cet article, l’étude des phénomènes évoqués dans l’article Effet thermique de la mise en forme- Théorie et phénomènes volumiques.
Après avoir rappelé les équations mécaniques de l’écoulement plastique d’un métal lors de sa mise en forme, nous avions présenté les équations décrivant l’évolution du champ de température au cœur de l’écoulement et à sa surface, puis nous en avions commenté les conséquences physiques à partir des ordres de grandeur des diverses grandeurs physiques conditionnant ces effets thermiques pour les principaux alliages métalliques et les divers mécanismes de transfert superficiels. Nous avions estimé ensuite l’échauffement induit par la déformation plastique : du fait de leur vitesse élevée, la plupart des opérations de mise en forme sont adiabatiques et l’échauffement induit par la déformation n’a qu’une faible influence sur la morphologie de l’écoulement ; les exceptions importantes sont certains filages et les usinages, opérations induisant une déformation plastique élevée et où la dissipation d’énergie a une forte influence sur le champ de contrainte et l’écoulement plastique. Nous analysons dans cet article, de manière élémentaire, les variations de température de part et d’autre de l’interface métal‐outil induites par la différence de température entre le métal et l’outil et l’énergie dissipée par frottement. En dernier lieu, nous précisons les conséquences thermiques de la mise en forme sur les outillages (température, contraintes, évolution de structure, endommagements). Cela nous permet de préciser les conditions d’une bonne simulation numérique de ces effets thermiques.
Cet exposé se compose de deux articles :
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Effet thermique de la mise en forme- Théorie et phénomènes volumiques Effet thermique de la mise en forme. Théorie et phénomènes volumiques ;
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[M 3 013] Effet thermique de la mise en forme. Phénomènes superficiels et modélisation.
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- Version courante de déc. 2014 par Éric FELDER
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Application au choix des conditions de simulation numérique1. Analyse du transfert aux outils
Nous avons vu (article Effet thermique de la mise en forme- Théorie et phénomènes volumiques) que la plupart des procédés industriels sont adiabatiques du fait de leur vitesse élevée : la température de cœur du produit peut donc être estimée simplement en négligeant la conduction thermique. Il n’en va pas de même aux interfaces où l’on ne peut négliger en aucun cas les gradients et les flux thermiques normaux. Nous présentons une modélisation élémentaire, mais souvent largement suffisante, de ces échanges thermiques superficiels, puis précisons le problème des transferts thermiques à travers une interface imparfaite où rugosité et films superficiels conditionnent l’échauffement de l’outil de mise en forme à chaud. Enfin, nous en présentons les conséquences : l’évolution de l’outil par fatigue, revenu ou transformation structurale marquée.
Auparavant, un exemple d’évolution thermique superficielle d’outillage va bien préciser les caractéristiques principales des phénomènes dans un procédé continu : il s’agit de l’histoire thermique de points d’un cylindre de laminage à chaud situés en surface ou au voisinage de la surface. Ces mesures, très délicates, ont été réalisées à l’aide de thermocouples et mettent en évidence (figure 1) les points suivants :
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le passage dans l’emprise ne perturbe notablement que sur une faible profondeur (1 % du diamètre) la distribution de température du cylindre (TS ) ;
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l’échauffement superficiel, très élevé à la sortie de l’emprise, décroît brutalement dès que le contact s’interrompt du fait de la conduction thermique vers l’intérieur du cylindre. Ce refroidissement, accéléré par l’aspersion d’eau, s’interrompt après le passage devant la buse (point 5).
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