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Étude du frottement et de l'usure d'acier à outils de travail à chaud

Barrau, Olivier (2004) Étude du frottement et de l'usure d'acier à outils de travail à chaud. (Friction and wear of hot work tool steels.)

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Abstract

Dans toutes les opérations de mise en forme, le frottement joue un rôle déterminant sur la qualité des produits obtenus. La durée de vie des outillages est limitée par les endommagements qui se développent en surface. Ce travail constitue une contribution visant à décrire le comportement et prédire l'usure en frottement d'acier pour outil de travail à chaud. Un premier travail expérimental a permis de mettre en évidence les mécanismes pilotant l'usure à chaud de l'acier à outils. L'influence de la température d'essai, de la géométrie des éprouvettes et de l'état de surface de l'acier à outils sur le frottement et l'usure a été étudiée. Un cycle d'endommagement a alors été imaginé où la déformation plastique de la surface du pion pilote l'usure par perte de côte. L'étape de validation des hypothèses conduisant au cycle d'endommagement a été menée. Cette validation s'appuie sur de nombreux travaux bibliographiques et un travail expérimental complémentaire. Enfin, un modèle d'endommagement a été identifié. Ce modèle s'appuie sur un critère de rupture par effet rochet. Cela traduit un cumul de la déformation plastique à la surface du pion avant l'émission de débris. Une modélisation numérique du frottement a été nécessaire pour accéder à tous les paramètres du modèle d'usure. Les prédictions fournies par le modèle ont été comparées aux résultats obtenus lors des essais interrompus. ABSTRACT : In all the operations of metals forming, friction plays a determining part on the quality of the products obtained. The lifespan of the tools is limited by the damages which develop on the tool surface. This work constitutes a contribution aiming to describe the behavior and to predict wear in friction of hot work tool steel. The first experimental work allowed us to highlight the mechanisms controlling the hot wear of the tool steel. The influence of the test temperature, the geometry of the specimen and the surface quality of the tool steel on friction and wear was studied. A cycle of damage was then imagined where the plastic deformation of the surface of the pin controls the wear by loss of matter. A stage of validation of the assumptions leading to the damage cycle was carried out. This validation is based on bibliographical work and a complementary experimental work. A wear scenario based on Suh delamination theory is discussed. Lastly, a model of damage was identified. This model is based on a criterion of rupture of ratchet effect. That expressed a cumulative total of the plastic deformation on the surface of the pin before debris emission. A numerical modeling of friction was necessary to reach all the parameters of the model of wear. The predictions provided by the model were compared with the results obtained at the time of the stopped tests.

Department or laboratory:Centre de Recherche Outillages, Matériaux et Procédés - CROMeP (Albi, France)
Directeur de thèse:Gras, René and Rezaï-Aria, Farhad
Uncontrolled Keywords:Acier à outils - Modèle d'usure - Déformation plastique - Effet rochet - Forgeage à chaud - Frottement sec. KEYWORDS :Tool steel - Wear model - Plastic strain - Ratchetting - Hot forging - Dry friction
Subjects:Materials science > Materials deterioration : corrosion, oxidation
Materials science
Mechanical engineering
Deposited On:02 June 2005

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