Optimisation des paramètres opérationnels du frittage en Optimisation des paramètres opérationnels du frittage en phase liquide activé par le phosphorephase liquide activé par le phosphore

(1)

MTH6301 FPL activé par le phosphore

MTH6103 – Planification et analyse statistique d’expériences

Optimisation des paramètres opérationnels du frittage en Optimisation des paramètres opérationnels du frittage en

phase liquide activé par le phosphore phase liquide activé par le phosphore

Ian Baïlon-Poujol 12 décembre 2007

Présenté par: Ian Baïlon-Poujol

Plan

◊ Plan

• Mise en contexte

– Métallurgie des poudres – Frittage à l’état solide – Frittage en phase liquide

• Paramètres opérationnels

• Variables de sortie

FPL activé par le phosphore

• Variables de sortie

• Plan expérimentaux

• Tamisage

• Optimisation

(2)

Mise en contexte FPL activé par le phosphore

◊ Mise en contexte

• Métallurgie des poudres

Ian Baïlon-Poujol 2 12 décembre 2007

◊ Mise en contexte

• Métallurgie des poudres

+Procédé automatisable +Procédé productif Mise en contexte

+«Near net shape process»

±Pièces poreuses

(près des cotes finales)

(3)

◊ Mise en contexte

Mise en contexte

• Objectif global →maximiser les propriétés mécaniques

◊ Mise en contexte

• Objectif global →maximiser les propriétés mécaniques

• Pourquoi les propriétés ne sont-elle pas maximale?

– Beaucoup de porosités (densité non maximale)

Mise en contexte

(4)

◊ Mise en contexte

• Frittage à l’état solide

Mise en contexte

Ian Baïlon-Poujol 4

Lien métallurgique interparticulaire

12 décembre 2007 FPL activé par le phosphore

◊ Mise en contexte

• Frittage à l’état solide

§Densification lente

§Limitée par la diffusion atomique à l’état solide

Mise en contexte

Lien métallurgique interparticulaire

l’état solide

§Densification de l’ordre de 0.1g/cm³

(5)

◊ Mise en contexte

• Frittage en phase liquide

Mise en contexte

◊ Mise en contexte

Mise en contexte

§Densification rapide

§La diffusion atomique dans un liquide meilleure que la diffusion atomique à l’état solide

(6)

◊ Mise en contexte

Mise en contexte

§Forces capillaires dans les interstices interparticulaires

§Retrait de solidification

◊ Mise en contexte

Mise en contexte

§Forces capillaires dans les interstices interparticulaires

§Retrait de solidification

Meilleure densification (> 0.1g/cm³)

(7)

◊ Mise en contexte

• Frittage en phase liquide activé par le phosphore 1536°C

967 C 1048°C

1150°C §L’activateur permet un

Fe – Fe₃P

Fe₃C – Fe₃P Fe – Fe₃C

Mise en contexte

Ian Baïlon-Poujol 6 Fe

Fe₃C

Fe₃P

967°C 1150°C

953 ° C

§L’activateur permet un changement de composition chimique localement

§La température du liquidus est ainsi abaissée

§Une phase liquide est alors générée localement à basse température

◊ Paramètres opérationnels

Paramètres opérationnels

• Étudier l’effet de l’ajout de carbone (%C)

• Étudier l’effet de l’ajout de phosphore (%P) → activateur

→Quantité de phase liquide

(8)

◊ Paramètres opérationnels

• Étudier l’effet de la température de frittage (T)

→Activation thermique (cinétique de réaction)

◊ Paramètres opérationnels

• Étudier l’effet de la durée de frittage (t)

(9)

◊ Paramètres opérationnels

12 décembre 2007

• Étudier l’effet de l’atmosphère de frittage (Atm)

◊ Paramètres opérationnels

• Étudier l’effet des taux de chauffe et de refroidissement (HR & CR)

(10)

◊ Paramètres opérationnels

12 décembre 2007

• Étudier l’effet des taux de chauffe et de refroidissement (HR & CR)

• Densité initiale, granulométrie de la poudre de base, four,…

◊ Propriétés mesurables

• Densité fritté (ρ_frittée)

Propriétés mesurables

(11)

◊ Propriétés mesurables

• Dureté apparente (H)

◊ Propriétés mesurables

•Propriétés mécaniques

→Limite élastique (R_e0.2)

→Résistance mécanique (R_m)

→Résistance en flexion trois points (TRS)

(12)

◊ Propriétés mesurables

• Densité fritté (ρ_frittée)

•Propriétés mécaniques

→Limite élastique (R_e0.2)

→Résistance mécanique (R_m)

12 décembre 2007

Variables de

sortie Y₁

(ρ_frittée)

◊ Facteurs

Facteurs

Facteurs A (%C)

B (%P)

C (T)

D (t)

E (Atm)

F (HR)

G (CR) Modalités

- 1.5%C 0.2%P 1070°C 15 min N₂ Lent (5°C/min)

Lent (5°C/min) + 1.7%C 0.5%P 1100°C 30 min Vide Rapide

(entrée directe)

Rapide (refroidissement au

N₂)

(13)

◊ Plan expérimental de tamisage (2

^7-3

)

Tamisage

Niveau de résolution: IV → OK pour le tamisage

◊ Plan expérimental de tamisage (2

^7-3

)

Tamisage

Diagramme de Pareto Niveau de résolution: IV → OK pour le tamisage

Pareto

(14)

◊ Plan expérimental de tamisage (2

^7-3

)

Tamisage

Diagramme de Pareto Niveau de résolution: IV → OK pour le tamisage

Ian Baïlon-Poujol 10 Pareto

Facteurs significatifs A (%C) - B (%P)

C (T) 12 décembre 2007

◊ Optimisation de Y

₁

(CCD)

Optimisation

• La durée (t) et l’atmosphère (Atm) du frittage n’ont pas un effet marqué.

• Les taux de chauffe (HR) et de refroidissement (CR) non plus

• On fixe la température à la modalité maximale (1100°C)

(15)

◊ Optimisation de Y

₁

(CCD)

Optimisation

• Optimisation de la composition chimique de la pièce (%C et %P)

• «Central Composite Design» (CCD) à 2 facteurs

◊ Optimisation de Y

₁

(CCD)

Optimisation

Fonctions de désirabilité d = 1 quand Y₁> 7.5g/cc

(16)

◊ Optimisation de Y

₁

(CCD)

Optimisation

Ian Baïlon-Poujol 11 Fonctions de désirabilité

d = 1 quand Y₁> 7.5g/cc

12 décembre 2007

Composition chimique optimale permettant de maximiser la

densité frittée (ρ_frittée)

Questions FPL activé par le phosphore