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Contribution à l'optimisation des revêtements des moules de fonderie - application aux outillages de coulée centrifuge

Diaconu, Gabriel (2004) Contribution à l'optimisation des revêtements des moules de fonderie - application aux outillages de coulée centrifuge. (Assesment of the optimisation of coatings on die casting die – application to the centrifugal die casting process.)

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Abstract

L'objet de ce travail est d'améliorer la durée de vie des coquilles de centrifugation des tuyaux en fonte. Leur paroi interne est soumise à des flux thermiques intenses (de l'ordre de quelques MW/m²) durant plusieurs secondes. L'utilisation d'un dépôt céramique et/ou métallique est envisagée pour assurer la protection de cette surface. Afin d'évaluer l'intérêt des revêtements, notamment les dépôts obtenus par projection thermique et par soudure, nous développons une méthode d'évaluation de flux thermique par méthode inverse à partir des enregistrements de températures des coulées expérimentaux. Nous analysons le comportement thermo-élastique de bi-matériaux en fonctions des paramètres comme : le rapport des conductivités thermiques des deux matériaux, le rapport des coefficients de dilatation thermique, le rapport de module de Young, la résistance thermique de contact et l'épaisseur de revêtements. Nous avons essayé d'optimiser le revêtement pour deux effets recherchés : l'écran thermique pour protéger le substrat et l'écran thermo-mécanique pour assurer l'intégrité de l'assemblage. Nous tirons de la littérature, mesurons ou estimons les données nécessaires au calcul du champ de température et de contrainte dans un tel essai, à savoir, pour l'acier 20CD10, CuCrZr, Silk 414, Silk 34, Silk 113, ZrO2, NiCrAlY, WCCo, NB, la conductivité thermique, la chaleur massique, la diffusivité thermique, le coefficient de dilatation thermique, le module d'Young et la limite d'élasticité. Nos démarches nous ont permis de tracer des chartes pour faciliter le choix des revêtements pour un substrat donné. ABSTRACT : The object of this study is to improve the lifespan of centrifugation dies used in the cast iron pipes production. Their internal wall is subjected to intense heat fluxes (of the order of several MW/m²) during a few seconds. Ceramic and/or metal coatings are used to protect this surface of the substract. In order to evaluate the efficiency of the coatings, in particular the deposits obtained by thermal spray and welding, we propose to evaluate the heat flux density with an inverse method that uses the temperature data measured in the die during some experimental castings. We analyse the thermoelastic behavior of bi-materials according to some parameters such as : the ratio of the two thermal conductivities of the respective coating/substrate materials, the ratio of dilation coefficients thermal, the ratio of modulus Young, the thermal resistance of contact and the thickness of coatings. We intend to optimize the coating for two required effects : the heat shield to protect the substrate from high temperatures and the thermomechanical screening to ensure the integrity of the assembly and protect it from high thermal stresses. Our method enables us to trace thermo-mechanical maps that help in the choice of the coatings for a given substrate. We take from literature, measure or evaluate the data necessary to calculate the temperature and stress field in our experimental test, namely the thermal conductivity, the specific heat, thermal diffusivity, the thermal dilation coefficient, the Young modulus and the elastic limit, for the 20CD10 steel, CuCrZr, Silk 414, Silk 34, Silk 113, ZrO2, NiCrAlY, WCCo and NB.

Department or laboratory:Centre de Recherche Outillages, Matériaux et Procédés - CROMeP (Albi, France)
Directeur de thèse:Rezai-Aria, Farhad and Dour, Gilles
Uncontrolled Keywords:Thermal barrier - Mechanical screening - Thermal stresses - FGM - Centrifugal casting
Subjects:Materials science > Materials deterioration : corrosion, oxidation
Deposited On:23 January 2006

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