THIXOFORMAGE DES METAUX: Mise en forme rapide de pièces ...
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THIXOFORM Mise en forme rapid “near-net-shape” à design “near-net-shape” à design A. RASSILI, G. VANEETVELD, A. RASSILI, G. VANEETVELD, Unité de thixoform MATIERE THIXOTROPE Le matériau utilisé a une microstructure globulaire (d entre le liquidus et le solidus, se comporte de façon t Forgeage THIXO- FORGEAGE FORGEAGE THIXO- COULAGE Microstructure: grains globulaires entourés par une matrice liquide Coulée La matière première (acier, inox, aluminium, cuivre, m ETAPES DU PROCEDE La matière première (acier, inox, aluminium, cuivre, m de barres rondes laminées. Certaines nuances de ce entre le solidus et le liquidus. entre le solidus et le liquidus. Ces lopins sont chauffés par induction suivant un cyc outil actionné par une presse. La pièce solidifiée en 0 outil actionné par une presse. La pièce solidifiée en 0 Sidérurgiste Sidérurgiste Acièrie (four électrique) (four électrique) Coulée continue ou lingots 1. Chauffage Laminage à chaud de précision Barres laminés Barres laminés à chaud CARACTERISTIQUES MECANIQUES CARACTERISTIQUES MECANIQUES Les caractéristiques mécaniques des pièces thixofor UTS YS A% Par exemple, pour la nuance d’acier C42: UTS MPa YS MPa A% Laminage à chaud + Reference 922 534 16 + Normalisation (*) 1 - ½ R 934 572 4.6 1 - ½ R 934 572 4.6 2 - ½ R 846 525 5.2 3 - C 795 506 5.9 THIXOFORGEAGE + Normalisation (**) 4 - C 869 527 5.9 GE Normalisation (**) 4 - C 869 527 5.9 (*) Eprouvette standard diamètre utile 10,0 mm (**) Mini éprouvette diamètre utile : 2.0 mm APPLICATIONS INDUSTRIELLES MAG E a) Nez d’étrier en acier thixoforgé Les propriétés de l’acier Rigidité augmentée APPLICATIONS INDUSTRIELLES ORM EGE Thixoforgeage de l’acier : amélioration de la Rigidité augmentée Etrier en acier : poids identique ou plus léger OFO E LIE amélioration de la précision géométrique Augmentation du diamètre de disque ou plus léger que l’étrier en fonte HIXO E DE diamètre de disque CONCLUSION E TH SITE A l’université de Liège, nous utilisons le thixoforgeag en une seule opération à caractéristiques mécanique E DE ERS tels que l’acier (100Cr6, C38, C45, C70, …), l’acier i etc.). La matière, ayant un comportement thixotrope NITE NIVE par forgeage, ce qui permettra d’utiliser des moules opérations sont très limitées car la matière de dépar UN UN pertes de matière. Les applications de cette technolo MAGE DES METAUX: de de pièces fonctionnelles n complexe dignes du forgeage! n complexe dignes du forgeage! , J-C. PIERRET, J. LECOMTE-BECKERS , J-C. PIERRET, J. LECOMTE-BECKERS mage, Université de Liège dendritique) à une température comprise thixotrope-rhéofluidifiant. Viscosité (Pa*s) Solide (Pa*s) 10 Taux de 1 Taux de cisaill. (1/s) 10 100 Phénomènes d’agglomération/ désagglomération des globules Courbe de f s de l’alliage désagglomération des globules solides Liquide d’aluminium 7075 Solidus Liquidus Solidus Liquidus magnésium, stellite, …) se trouve sous forme de lopins issus magnésium, stellite, …) se trouve sous forme de lopins issus es alliages doivent être modifiées pour augmenter l’écart cle thermique déterminé avant d’être mis en forme dans un 0.3s est ensuite éjectée. 0.3s est ensuite éjectée. Sciage ou Réalisation ou cisaillage Réalisation des lopins mise en forme en 1 étape [Usine Nouvelle n° 2936 p77, 2004] 11 étapes pour le forgeage: [Usine Nouvelle n° 2936 p77, 2004] 3. Mise en forme 4. Éjection 2. Transport rgées sont similaires à celles des pièces forgées. Flexion 4 points - résultats Flexion 4 points - résultats (méthode du stair case, nombre de cycles 1.00 E+07, 16 essais) Valeurs déterminées à partir du diagramme de GOODMAN Nuance d’acier: Traitement: Surface de Nuance d’acier: Traitement: 100Cr6 Opération de Thixoforgeage Rm = 978 Mpa + normalisation Résultats d’essais pour R= 0.1 σ moyen = 385.0 Mpa Surface de rupture Résultats d’essais pour R= 0.1 σ moyen = 385.0 Mpa Thixoforgé σ dynamique = 315 MPa Résultats pour R = - 1 (calcul) σ moyen = 0 Mpa Δ sigma = 520 Forgé Mpa Δ sigma = 520 Mpa Δ sigma = 520 Forgé Mpa Δ sigma = 520 Mpa r b) piston pour moteur diesel Amélioration de l’efficacité du freinage Alliage d’aluminium Propriétés du piston Piston acier Piston aluminium Hauteur de compression 35 46 Meilleure sécurité d’aluminium (mm) Diametre de l’axe (mm) 20 29 Poids du piston (g) 567 540 Acier Thixoforgé Poids du piston (g) 567 540 Poids du piston + poids de l’axe (g) 681 810 ge pour réaliser des pièces fonctionnelles de géométrie complexe es égales à celles obtenues par forgeage en différents matériaux inoxydable, les alliages d’aluminium, les alliages de cuivre, stellite, e-rhéofluidifiant, va être mise en forme avec 100x moins d’effort que légers. Les pièces thixoforgées sont near-net-shaped : les post- rt se trouve entièrement dans la pièce thixoforgée, ce qui évite les ogie sont l’automobile, l’aérospatiale, le médical.
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THIXOFORMAGE DES METAUX:THIXOFORMAGE DES METAUX:Mise en forme rapide de pièces
“near-net-shape” à design complexe dignes“near-net-shape” à design complexe dignesA. RASSILI, G. VANEETVELD, JA. RASSILI, G. VANEETVELD, J
Unité de thixoformage
MATIERE THIXOTROPE
Le matériau utilisé a une microstructure globulaire (dendritique) à une température comprise entre le liquidus et le solidus, se comporte de façon thixotrope
Forgeage
THIXO-FORGEAGEFORGEAGE
THIXO-COULAGE
Microstructure: grains globulaires entourés par une matrice liquide Coulée
La matière première (acier, inox, aluminium, cuivre, magnésium, stellite, …)ETAPES DU PROCEDE
La matière première (acier, inox, aluminium, cuivre, magnésium, stellite, …)de barres rondes laminées. Certaines nuances de ces alliages doivent être modifiées pour augmenter l’écart entre le solidus et le liquidus.entre le solidus et le liquidus.Ces lopins sont chauffés par induction suivant un cycle thermique déterminé avant d’être mis en forme dans un outil actionné par une presse. La pièce solidifiée en 0.3s est ensuite éjectée.outil actionné par une presse. La pièce solidifiée en 0.3s est ensuite éjectée.
SidérurgisteSidérurgiste
Acièrie
(four électrique)(four électrique)
Coulée continue
ou lingots
1. ChauffageLaminage à chaud
de précision
Barres laminés Barres laminés
à chaud
CARACTERISTIQUES MECANIQUESCARACTERISTIQUES MECANIQUES
Les caractéristiques mécaniques des pièces thixoforgées sont similaires à celles des pièces forgées.
UTS YS A%
Les caractéristiques mécaniques des pièces thixoforgées sont similaires à celles des pièces forgées.Par exemple, pour la nuance d’acier C42:
UTS MPa
YS MPa
A%
Laminage à chaud +
Reference
922 534 16 +
Normalisation (*)
1 - ½ R 934 572 4.6 1 - ½ R 934 572 4.6
2 - ½ R 846 525 5.2
3 - C 795 506 5.9
THIXOFORGEAGE
+ Normalisation (**) 4 - C 869 527 5.9
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Normalisation (**) 4 - C 869 527 5.9 (*) Eprouvette standard diamètre utile 10,0 mm
(**) Mini éprouvette diamètre utile : 2.0 mm
APPLICATIONS INDUSTRIELLES
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GE a) Nez d’étrier en acier thixoforgé
Les propriétés de l’acier
Rigidité augmentée
APPLICATIONS INDUSTRIELLES
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GE a) Nez d’étrier en acier thixoforgé
Thixoforgeagede l’acier :
amélioration de la
Rigidité augmentée
Etrier en acier :poids identique
ou plus léger
UN
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amélioration de la précision
géométrique
Augmentation dudiamètre de disque
ou plus légerque l’étrier en
fonte
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diamètre de disque
CONCLUSION
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A l’université de Liège, nous utilisons le thixoforgeage pour réaliser des pièces fonctionnelles de géométrie complexe en une seule opération à caractéristiques mécaniques égales à celles obtenues par forgeage en différents matériaux
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tels que l’acier (100Cr6, C38, C45, C70, …), l’acier inoxydable, les alliages d’aluminium, les alliages de cuivre, stellite, etc.). La matière, ayant un comportement thixotrope
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par forgeage, ce qui permettra d’utiliser des moules légers. Les pièces thixoforgées sont nearopérations sont très limitées car la matière de départ se trouve entièrement dans la pièce thixoforgée, ce qui évite les
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pertes de matière. Les applications de cette technologie sont l’automobile, l’aérospatiale, le médical.
THIXOFORMAGE DES METAUX:THIXOFORMAGE DES METAUX:Mise en forme rapide de pièces fonctionnelles
” à design complexe dignes du forgeage!” à design complexe dignes du forgeage!A. RASSILI, G. VANEETVELD, J-C. PIERRET, J. LECOMTE-BECKERSA. RASSILI, G. VANEETVELD, J-C. PIERRET, J. LECOMTE-BECKERS
thixoformage, Université de Liège
Le matériau utilisé a une microstructure globulaire (dendritique) à une température comprise entre le liquidus et le solidus, se comporte de façon thixotrope-rhéofluidifiant.
Viscosité
(Pa*s)Solide
(Pa*s)10
Taux de
1
Taux de cisaill. (1/s)
10 100
Phénomènes d’agglomération/ désagglomération des globules
Courbe de fs de l’alliage
désagglomération des globules solides
Liquide
d’aluminium 7075
Solidus LiquidusSolidus Liquidus
(acier, inox, aluminium, cuivre, magnésium, stellite, …) se trouve sous forme de lopins issus (acier, inox, aluminium, cuivre, magnésium, stellite, …) se trouve sous forme de lopins issus de barres rondes laminées. Certaines nuances de ces alliages doivent être modifiées pour augmenter l’écart
Ces lopins sont chauffés par induction suivant un cycle thermique déterminé avant d’être mis en forme dans un outil actionné par une presse. La pièce solidifiée en 0.3s est ensuite éjectée.outil actionné par une presse. La pièce solidifiée en 0.3s est ensuite éjectée.
Sciage
ou
Réalisation
ou
cisaillage
Réalisation
des lopins
mise en forme en 1 étape
[Usine Nouvelle n°2936 p77, 2004]11 étapes pour le forgeage:
[Usine Nouvelle n°2936 p77, 2004]
3. Mise en forme 4. Éjection2. Transport
Les caractéristiques mécaniques des pièces thixoforgées sont similaires à celles des pièces forgées.Les caractéristiques mécaniques des pièces thixoforgées sont similaires à celles des pièces forgées.
Flexion 4 points - résultatsFlexion 4 points - résultats(méthode du stair case, nombre de cycles 1.00 E+07, 16 essais)
Valeurs déterminées à partir du diagramme de GOODMAN
Nuance d’acier: Traitement: Surface de Nuance d’acier: Traitement:100Cr6 Opération de Thixoforgeage Rm = 978 Mpa
+ normalisation
Résultats d’essais pour R= 0.1 σ moyen = 385.0 Mpa
Surface de rupture
Résultats d’essais pour R= 0.1 σ moyen = 385.0 MpaThixoforgé σ dynamique = 315 MPa
Résultats pour R = - 1 (calcul) σ moyen = 0 Mpa ∆ sigma = 520 Forgé Mpa ∆ sigma = 520 Mpa∆ sigma = 520 Forgé Mpa ∆ sigma = 520 Mpa
Les propriétés de l’acier b) piston pour moteur diesel
Amélioration de l’efficacité du
freinage Alliage
d’aluminium
Propriétés du piston Piston acier Pistonaluminium
Hauteur de compression 35 46
Meilleure sécurité
d’aluminiumHauteur de compression (mm)
35 46
Diametre de l’axe (mm) 20 29
Poids du piston (g) 567 540
Acier
Thixoforgé
Poids du piston (g) 567 540
Poids du piston + poids de l’axe (g)
681 810
A l’université de Liège, nous utilisons le thixoforgeage pour réaliser des pièces fonctionnelles de géométrie complexe en une seule opération à caractéristiques mécaniques égales à celles obtenues par forgeage en différents matériaux tels que l’acier (100Cr6, C38, C45, C70, …), l’acier inoxydable, les alliages d’aluminium, les alliages de cuivre, stellite, etc.). La matière, ayant un comportement thixotrope-rhéofluidifiant, va être mise en forme avec 100x moins d’effort que par forgeage, ce qui permettra d’utiliser des moules légers. Les pièces thixoforgées sont near-net-shaped : les post-opérations sont très limitées car la matière de départ se trouve entièrement dans la pièce thixoforgée, ce qui évite les pertes de matière. Les applications de cette technologie sont l’automobile, l’aérospatiale, le médical.
