EFFET DE PROCÉDÉS AVANCÉS DE RECHARGEMENT
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- Marin Alfred Guérin
- il y a 6 ans
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1 EFFET DE PROCÉDÉS AVANCÉS DE RECHARGEMENT DES SURFACES SUR LES MÉCANISMES DE DÉFORMATION ET USURE DES OUTILLAGES DE FORGEAGE À CHAUD DES PIÈCES AÉRONAUTIQUES E. CABROL C. BOHER, V. VIDAL, F. REZAÏ-ARIA, F. TOURATIER Institut Mines-Télécom
2 Contexte industriel Forgeage à chaud de pièces pour l aéronautique LOPIN FORGEAGE À CHAUD F N PIÈCE FORGÉE Matrice supérieure Matrice supérieure Matrice inférieure Matrice inférieure TTH USINAGE ASSEMBLAGE MÂT RÉACTEUR 2 Institut Mines-Télécom
3 Contexte industriel Forgeage à chaud de pièces pour l aéronautique F N FUITE DE BAVURE Matrice sup. Matrice supérieure Matrice supérieure Lopin bavure Lopin préchauff é Matrice inférieure Matrice inférieure Pièce matricée Matrice inf. RENFORCEMENT LOCAL Stellite 21 ÉCOULEMENT MIG PLASTIQUE Glissement lopin/matrice 3 Institut Mines-Télécom
4 Projet FUI ROOF : Revêtements Optimisés pour Outillages de Forge MATÉRIAUX Nouveaux matériaux Rp 0,2 en température f Bonne adhérence PROCÉDÉS Nouveaux procédés : PTA et LASER Automatiser Dépôt multi-matériaux 4 Institut Mines-Télécom
5 Projet FUI ROOF : Revêtements Optimisés pour Outillages de Forge MIG PTA LASER USINAGE CARACTÉRISATION RECHARGEMENTS ÉTUDE MÉCANISMES D ENDOMMAGEMENT 5 Institut Mines-Télécom
6 Matériaux SOLUTION SOLIDE %mass C Cr Mo W Ni Mn Si Fe Co Stellite 21 0,26 27,0 5,6-2,4 0,64 0,87 0,1 Bal. Stellite 6 1,2 28,8-4,3 0,7-1,1 0,6 Bal. RECHARGEMENT CARBURES quantité et nature Après rechargement : µ-structuture = CFC SUBSTRAT MÉTASTABLE Stellites gardent structure CFC métastable à T ambiante %mass Stellites C Cr faible Mo EDE (10-50 Ni mj/m Fe 2 ) EDE dépend des éléments d alliages : AD820 (42NiCrMo18) 0,42 1,6 Fe, Mn, 0,5 Ni, C 1,5 stabilisent Bal. structure CFC and EDE Cr, Mo, W, Si stabilisent structure HC and EDE 6 Institut Mines-Télécom
7 v Procédés FIL DE RECHARGEMENT MIG PTA LASER ÉLECTRODE (TUNGSTÈNE) DÉVIDOIR FIL BUSE GAZ PLASMA BUSE GAZ PROTECTEUR BUSE POUDRE TÊTE LASER GUIDE-FIL BUSE GAZ PROTECTEUR BUSE GAZ PROTECTEUR REFROIDISSEMENT EAU LUMIÈRE LASER BUSE GAZ PROTECTEUR BUSE POUDRE GAZ PROTECTEUR ARC ÉLECTRIQUE GAZ PROTECTEUR POUDRE v ARC ÉLECTRIQUE GAZ PROTECTEUR POUDRE v [Kennametal] [Kennametal] [Kennametal] FIL Arc électrique POUDRE Arc électrique POUDRE Faisceau laser Stellite 21 (ST21) Stellite 21 (ST21) Stellite 6 (ST6) Stellite 21 (ST21) Stellite 6 (ST6) MIG PTA LASER Apport d énergie [Levêque, R. (2007), Traitements et revêtements de surface des métaux (p. 243)] 7 Institut Mines-Télécom
8 Dilution du Fe RECHARGEMENT Rechargement A Fe Fe Interface B SUBSTRAT Stellite 21 MIG Substrat A = volume de matériau d apport B = volume de substrat fondu TENEUR EN FER 8 Institut Mines-Télécom
9 Microstructure : influence du procédé Stellite 21 MIG PTA LASER 13 µm 20 µm 6 µm 20µm 9 Institut Mines-Télécom
10 Stellite 21 %mass Fer Dureté : Dilution & Teneur en fer 650 Dureté ini ale des rechargements (HV 0,3 ) , , ,4 0,5 MIG 1mm MIG 3mm PTA 3mm LASER 3mm ST21-MIG-1c ST21-MIG-2c ST21-PTA ST21-LASER ST6-PTA Institut Mines-Télécom
11 Tribomètre fortes charges à chaud PARTIE ACTIVE 2 Spires refroidissement (air) 3 Spires d induction Coffret d adaptation (induction) 1 Acquisition : effort normal 3 efforts tangentiels température 5 4 Partie active 2 1 FIXE 5 4 Pilotage et contrôle température (induction) Moteur Pilotage mouvement (moteur) ÉCHANTILLONS Arrivée d air refroidissement w 11 Institut Mines-Télécom
12 Échantillons et paramètres d essais F N ÉCHANTILLONS ACIER (AD820) RECHARGEMENT Température initiale du contact ( C) 20, 450, 600 Charge normale (dan) 800 Vitesse de rotation (mm/sec) 5 Distance de glissement (m) 4 Analogie cas industriel ACIER ω INCONEL 718 RECHARGEMENT LOPIN en INCONEL Institut Mines-Télécom
13 Déformation plastique de la surface des rechargements ST21-MIG ST21-LASER ST6-LASER Dendrites: large plastic flow Main velocity accomodation mechanism = shearing of dendritic and interdendritic spaces. Grain reorientation according to the sliding direction 13 Institut Mines-Télécom
14 Ecrouissage sous sollicitations tribologiques Hardness of the sliding surfaces (HV 0,3 ) BEFORE SLIDING AFTER SLIDING (30µm from the surface) % % +41% ST21-MIG ST21-LASER ST6-LASER Hardness Max value 700HV 0,3 14 Institut Mines-Télécom
15 Evolution du facteur de frottement MIG - Stellite21 LASER - Stellite 21 LASER - Stellite 6 MIG = stable LASER = decrease and stabilization Coef MIG > Coef LASER 15 Institut Mines-Télécom
16 STABLE CHUTE puis STABLE Structure cristallographique après essai tribologique dans les zones de contact Intensité (%) Intensité (%) (111) CFC CFC Exemple ST21-MIG (200) (220) (311) (222) θ ( ) (0002) CFC HC Exemple ST21-LASER (1011) (1010) (1012) (1120) (1013) (1122) (0004) (2021) θ ( ) 16 Institut Mines-Télécom
17 Comportement au frottement Procédé influence dilution du Fe MIG PTA / LASER Forte dilution (30wt%-Fe) Faible dilution (<1wt%-Fe) Dilution Fe influence énergie de défaut d empilement (EDE) & mécanismes de ε P EDE Glissement de dislocations parfaites Réorientation de grains Coefficient de frottement EDE GDP + Transformation de phase CFC => HC Coefficient de frottement 17 Institut Mines-Télécom 17/06/15
18 Conclusion Comparaison des 3 types de rechargements MIG Laser PTA Métallurgie de soudage différente Rechargements industriels sur matrices aéronautiques Le laser et le PTA donnent de bons résultats également sous presse industrielle Baisse significative du coefficient de frottement dans le cas des rechargements PTA et laser changement de phase CFC/HC En lien direct avec la dilution engendrée par lors du rechargement Institut Mines-Télécom 18
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