Dispositif expérimental utilisé pour la caractérisation mécanique 51

2. Dispositif expérimental utilisé pour la

caractérisation mécanique

2.1 Présentation de la machine Taboo utilisée au C

Un dispositif a été développé au CEMEF afin de caractériser mécaniquement des aciers pour de larges gammes de températures représentatives des conditions thermiques rencontrées lors des procédés de fonderie ou de soudure (20°C à 1500°C). Les appareils de mesure ont dû être sélectionnés en conséquence.

La machine utilisée s’appelle Taboo, il s’agit d’une machine d’essai thermo-mécanique permettant d’étudier le comportement mécanique à haute température. Les sollicitations mécaniques sont mesurées à l’aide d’une cellule de force de 2,5kN adaptée à la mesure des efforts à haute température. L’incertitude de mesure est de 0,1%.

Le chauffage est réalisé par effet Joule en faisant passer un courant continu de 400A au maximum à travers l’éprouvette, ce qui, sur les géométries d’éprouvettes utilisées, peut représenter des vitesses de chauffage supérieures à 150°C/s. Le refroidissement peut être naturel, piloté par effet Joule dans le cas d’un refroidissement à l’air ou bien piloté par l’injection d’un gaz sur la surface de l’éprouvette. Les vitesses de refroidissement vont donc de 100 à quelques °C/s. La température est mesurée avec un thermocouple K, il s’agit de deux fils bornés de diamètre 200 μm soudés bout à bout par décharge capacitive sur la surface de l’éprouvette. Le pilotage des essais pour les sollicitations thermiques est géré par un PID, ce dernier délivre une consigne à l’alimentation et récupère ensuite la mesure thermocouple faisant office de boucle retour. Les paramètres PID (P:1, I:0.2 ,D:0) ont été déterminés afin d’atteindre des températures élevées pour une vitesse moyenne de chauffage de 20°C/s tout en conservant une bonne stabilité.

Figure 23 : vue du dispositif de mesures sur la machine Taboo : extensomètre mécanique et thermocouple soudé sur la surface de l’éprouvette.

Chapitre 3 :Caractérisation mécaniques par essais de traction à chauffage résistif

Les chargements mécaniques de traction à force ou déplacement imposé(e) sont appliqués grâce à une colonne à vis, cette colonne est équipée d’un capteur LVDT qui permet d’en mesurer les déplacements.

Lors de l’essai mécanique, la déformation axiale peut être mesurée à l’aide d’un extensomètre mécanique. Il est constitué de deux tiges en alumine de manière à résister à des températures élevées. La température maximale autorisée est de 1100°C. Les pointes des tiges biseautés sont mises en contact avec la zone utile de 10mm, pour une course de +5mm/-2.5mm.

L’acquisition permet quant à elle d’enregistrer l’ensemble des mesures thermiques, mécaniques et électriques, c'est-à-dire, température, force, déplacement de la traverse, extensomètre, intensité et tension injectées. L’ensemble du montage est présenté à la Figure 24.

Figure 24 : vue de la machine de traction Taboo

A. La rigidité de la machine

On suppose dans un dépouillement idéal que le déplacement enregistré par le capteur LVDT de la machine, est égal au déplacement subi par l’échantillon. Or il n’en est rien, lors

2. Dispositif expérimental utilisé pour la caractérisation mécanique

d’un essai mécanique, les outils et l’ensemble de la colonne se déforment de manière élastique. La déformation élastique des pièces de la machine situées entre le point de mesure et l’extrémité de l’échantillon introduit donc un biais sur la mesure du déplacement réel des bords de l’échantillon. Cette déformation étant élastique on peut relier de manière directe et linéaire la variation de longueur des outils avec la force appliquée.

Pour caractériser cette rigidité machine, la technique la plus répandue consiste à réaliser un essai de traction sur un échantillon plus rigide que la machine. Ainsi on peut lire directement la relation reliant le déplacement à la force.

Le déplacement des extrémités de l’échantillon est ensuite calculé comme étant le déplacement mesuré de la traverse diminué du rapport entre la force mesurée et la rigidité machine. Sur Taboo une rigidité de 2850 N/mm a été mesurée.

La géométrie d’éprouvette classiquement utilisée sur la machine d’essai Taboo, est une éprouvette haltère plate comme celle présentée à la Figure 25.

Figure 25: Géométrie des éprouvettes Taboo

2.2 Dispositif utilisé chez Ascometal

Les essais sur les nuances 100Cr6 et 40CMD8 sont menés sur un simulateur thermo- mécanique Gleeble 3800 de la société DSI installé chez Ascometal Creas (Figure 26). Gleeble est une presse hydraulique capable d’exercer 100kN en traction ou compression. Cette machine est capable d’atteindre des grandes vitesses de sollicitation de l’ordre de quelques centaines de millimètres par seconde. L’éprouvette est fixée entre deux mors refroidis par circulation d’eau. Elle est chauffée par effet Joule sous courant alternatif, ce qui permet des vitesses de chauffage très élevées ainsi qu’une bonne homogénéité radiale de la température dans l’éprouvette. Le contrôle de la Gleeble se fait via un ordinateur, ce dernier est aussi utilisé pour l’enregistrement des résultats.

Chapitre 3 :Caractérisation mécaniques par essais de traction à chauffage résistif

La géométrie de l’éprouvette est cylindrique, elle a été optimisée à l’aide d’une simulation couplée electro-thermique. Un thermocouple de type K forme de deux fils de diamètre 0.2 mm est soudé au milieu de la partie calibrée de l’éprouvette. Ce thermocouple permet le pilotage du simulateur et la mesure de la température d’essai. L’essai est réalisé dans une enceinte permettant soit de réaliser un vide primaire soit de réaliser des balayages avec des gaz inertes.

Figure 26 : vue de la machine de traction/compression Gleeble

A la différence des géométries d’éprouvettes utilisées sur Taboo qui sont plates, celles utilisées sur Gleeble sont axisymétriques ; Un exemple est présenté à la Figure 27