Résultats mécaniques

Afin de contrôler l’évolution géométrique que subissent les éprouvettes lors du traitement thermique, 6 côtes sont mesurées (Figure 49). La côte 1 nous permet de connaître l’évolution de la taille de la pièce sur l’axe Z, alors que les côtes 2, 3 et 4 nous donnent l’évolution de la forme en « U ». Les côtes 5 et 6, mesurées uniquement pour les essais LT1, LT3 et ST1, permettent d’identifier une éventuelle ovalisation du trou. Le Tableau 6 comporte la différence entre la mesure après TTH et avant TTH à chaque côte, pour chaque essai.

L’essai LP1 est un essai libre, sans perçage et avec le retard douche le plus court (Tableau 5). Il ne présente pas de déformation notable sur l’axe Z et juste une légère fermeture de la forme

2.2 Mise au point d’essais sur une configuration simplifiée en « U ». Nous relevons approximativement les mêmes résultats pour l’essai LT1 qui est réalisé dans les mêmes conditions mis à part que l’éprouvette est percée.

Dimension 1 2 3 4 5 6 Moyenne -0.1 0.0 -0.1 -0.5 Essai LP1 Ecart type 0.1 0.1 0.3 0.1 Moyenne -0.1 -0.1 -0.3 -0.9 Essai LP3 Ecart type 0.1 0.0 0.1 0.2 Moyenne 0.0 0.0 -0.2 -0.6 0.1 0.0 Essai LT1 Ecart type 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Moyenne 0.2 0.0 -0.3 -0.8 0.0 0.0 Essai LT3 Ecart type 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 Moyenne -0.1 -0.3 -1.8 -4.2 0.1 -0.1 Essai ST1 Ecart type 0.1 0.0 0.2 0.4 0.0 0.0 Moyenne -0.1 -0.3 -1.7 -4.0 Essai SP1 Ecart type 0.1 0.0 0.0 0.1

Tableau 6 : Ecart en mm des côtes mesurées entre la pièce trempée et la pièce avant TTH. Moyenne et écart type sur les 3 éprouvettes de chaque essai.

L’essai LP3 et l’essai LT3 bénéficient d’un retard douche plus long (3s). Les constatations sont les mêmes que pour les essais LP1 et LT1, bien que la fermeture du « U » soit plus marquée. La présence du trou semble permettre une dilatation plus importante sur l’axe Z, mais le trou ne s’ovalise pas pour autant.

Les essais ST1 et SP1 ont été réalisés sous contraintes. Il est à noter que le bridage déforme la pièce de façon réversible du point de vue de la structure. C'est-à-dire qu’une pièce bridée puis débridée présente les mêmes valeurs aux côtes 2, 3 et 4 qu’avant le bridage, mais cela n’exclut pas la possibilité d’une faible déformation plastique localisée. Le Tableau 7 montre les déplacements imposés aux côtes 2, 3 et 4 lors du bridage. Le fait que ces déformations soient réversibles et qu’après traitement thermique une partie soit permanente (Tableau 6) montre qu’une réorganisation totale des contraintes s’opère lors du traitement thermique.

Côte 2 3 4

Moyenne -0.4 -2.4 -6.5

Ecart type 0.1 0.2 0.7

Tableau 7 : Ecart moyen en mm des côtes entre les pièces avant bridage et bridées

En comparant les résultats des essais ST1 et SP1 avec ceux des essais LP1, LP3, LT1 et LT3, nous pouvons conclure que la présence du bridage imposé augmente considérablement les effets du traitement thermique sur la forme de « U ». Notons que lors des expériences, il était même difficile de sortir les pièces du support après qu’elles aient subi le traitement thermique en étant bridées. De même qu’il a été observé précédemment, l’influence d’un perçage n’est pas évidente d’un point de vue de la géométrie mais le trou a une légère tendance à s’ovaliser pour l’essai ST1.

2.2.6.

Conclusions

Ces essais sur un cas semi industriel, de forme moins complexe que le démonstrateur industriel, nous ont permis de dégager certaines tendances des effets des paramètres du procédé sur les distorsions globales de la structure.

Par exemple, laisser plus de temps à la diffusion thermique implique des distorsions plus importantes puisque la ZAT sera plus grande et le rayon poinçon aura un plus grand taux de bainite.

D’autre part, la présence d’un perçage telle qu’elle a été testée lors de ces essais a une légère conséquence sur le champ de température mais non significative sur la métallurgie de la pièce ou les distorsions qu’elle subie. Le réarrangement des champs de contraintes et déformations semble alors principalement être dû aux transformations métallurgiques de la pièce qu’au champ thermique directement. Il aurait été intéressant de pouvoir prendre les mesures géométriques entre le chauffage et la douche afin de mieux connaître l’évolution de la géométrie dans le temps.

Enfin, un bridage imposant un champ de contraintes faibles (domaine élastique ou, localement, faiblement plastique) a un impact très net sur les distorsions. On peut distinguer encore une fois deux phases dans le procédé, le chauffage et la trempe, et se demander laquelle a le plus d’influence sur la réorganisation des contraintes. Au chauffage, l’apparition de l’austénite va relâcher les contraintes de la ZAT mais mettre sous contrainte les zones adjacentes par le changement de volume au changement de phase. Evidemment, la création d’un fort gradient thermique mettra aussi certaines zones en compression et d’autres en traction. Au refroidissement, les mêmes phénomènes de changement de volume au changement de phase apparaîtront mais cette fois ce sera une dilatation et non une contraction. De plus, des phénomènes propres à la trempe peuvent apparaître comme la plasticité de transformation. Cependant, la plasticité de transformation a été observée pour des refroidissements lents [DENIS-1987] mais il apparaît que la plasticité classique a une influence prépondérante dans le cas précis des refroidissements rapides [BARRERE-1992]. La simulation numérique nous donnera certainement plus d’éléments, notamment pour les phénomènes locaux et pour les évolutions dans le temps, nécessaires à une bonne compréhension de l’influence de chaque mécanisme physique sur la forme générale de la pièce. Pour ces calculs numériques, les essais expérimentaux sont la source d’une base de

Bibliographie

BIBLIOGRAPHIE

[BARRERE-1992] - Barrere E., Contribution à la modélisation des contraintes résiduelles lors de la trempe superficielle au défilé après un chauffage par induction, Thèse de doctorat, ENSAM Bordeaux, 1992.

[BERGE-1998] - Berge D., Matériaux et procédés véhicule, note interne DVHL/MXP/CEB/MMF/n°98.VY.71, PSA Peugeot Citroën, 1998.

[BÉRRANGER-1997] - Bérranger G., Schmitt J., "Structures cristallographiques et diagrammes d’équilibre", Les Aciers Spéciaux, Lavoisier - Techniques et Documentation, p. 79-117, 1997.

[DENIS-1987] - Denis S., Simon A., "Discussion on the Role of Transformation Plasticity in the Calculation of Quench Stresses in Steels", Residual Stresses in Science and Technology, vol. 2, 1987.

[ZANETTI-2000] - Zanetti T., Reinhardt A., Trempe de tôle par induction : choix technologique et premiers résultats de la campagne d’essais préindustriels, note interne DVHL/MXP/CEB/MMF/n°2000.VY.29, PSA Peugeot Citroën, 2000.

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Chapitre 3