Équipe 5 Stéphanie Lamontagne Hughes Michaud Mohsen Orouji Identification d’une pièce et de son matériau Présentation des procédés de mesure de la température lors de la fabrication Équipe 5 Stéphanie Lamontagne Hughes Michaud Mohsen Orouji

Plan de la présentation Identification d’une pièce et de son matériau: Observation visuelle Mesure des propriétés physiques Caractérisation de la microstructure Procédé de fabrication Application de la pièce Conclusion

Identification d’une pièce Observation visuelle Pièce grise, éclat métallique Traces d’oxydation Pièce usinée Forme rappelant une pastille de coupe 57 x 57 x 13 mm

Identification d’une pièce Mesure des propriétés physiques Attirée par aimant: ferromagnétique donc à base de fer, nickel ou cobalt Masse volumique = 8,42 g/cm3, près de HSS Dureté entre 39 et 42 HRC Hypothèse pièce en acier, dureté inférieure à la martensite et à la bainite, peut-être en présence de perlite Dureté légèrement plus élevée près de la surface: traitements thermiques

Identification d’une pièce Caractérisation de la microstructure Enrobage, polissage puis première attaque au Nital 3% afin d’observer contour grains ferrite: non concluante Deuxième attaque concluante avec Picral 4%

Identification d’une pièce Caractérisation de la microstructure Observation microscope optique échantillon acier AISI W1 après sphéroïdisation

Identification d’une pièce Caractérisation de la microstructure Acier AISI W1 après sphéroïdisation à 1.05% de carbone Perlite globulaire obtenue par traitement thermique et refroidissement lent à l’air

Identification d’une pièce Caractérisation de la microstructure Observation microscope électronique à balayage (MEB) Morphologie grains sphériques Recristallisation grains grâce écrouissage précédant le traitement thermique

Identification d’une pièce Caractérisation de la microstructure Observation microscope électronique à balayage (MEB) Composition chimique: Fe 70% V 5% Cr 4%

Identification d’une pièce Caractérisation de la microstructure Observation microscope électronique à balayage (MEB) Composition chimique: Fe 70%, V 5%, Cr 4% ne concorde pas avec acier W1 Similaire à acier à outil A7: Cr 5%, V 4% par contre A7 dureté plus élevée autour de 60 HRC et échantillon à 40 HRC

Identification d’une pièce Caractérisation de la microstructure Observation microscope électronique à balayage (MEB) Composition chimique de différentes zones (couleur) Contenu en Thallium s’explique probablement par la présence d’impuretés dans la pièce: Tl est hautement toxique Hypothèse: Sulfate de Thallium (Tl2SO4) Thallium 5.7% Soufre 4% Thallium 0% Soufre 0.3%

Identification d’une pièce Procédé de fabrication Laminage à froid Traitement thermique de sphéroïdisation Usinage: fraises cylindriques et à bout rond Perçage, alésage et filetage du trou central Arêtes en croix et plat usinés

Identification d’une pièce Application de la pièce Pastille de coupe? Grande taille: 57 x 57 x 13 mm Pourtour coupant, dégagement pour copeaux, quatre pointes Plat usiné pour la fixation de la pastille au corps de l’outil de coupe Dureté de seulement 40 HRC, donc pour usinage de matériaux tels que certains alliages d’aluminium

Identification d’une pièce Application du matériau Pour l’acier à outil AISI W1 Outils de coupe de métaux opérés manuellement Outillage d’embossage et de frappe à froid Alésoirs Pour l’acier à outil AISI A7 Outils de formage à froid Outillage de pliage et de découpe du métal en feuille Canons de perçage Outils à moletage Jauges dimensionnelles

Identification d’une pièce Conclusion Acier perlitique à outil AISI W1 ou A7 Microstructure révélant traitement de sphéroïdisation Présence d’impuretés (Thallium), matériau qualité moyenne? Application: pastille de coupe de grande taille

Identification d’une pièce et de son matériau Bibliographie Identification d’une pièce et de son matériau ASM Handbook. 1990. Volume 1: Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys, 10th. Materials Park, OH: ASM International, 1063 p.   ASM Handbook. 2004. Volume 9: Metallography and Microstructures. Materials Park, OH: ASM International, 1184 p. ASM International Handbook Committee. 1998. ASM Metals Handbook. Materials Park, OH: ASM International, 2571 p. Matweb. 2014. « AISI Type A7 Tool Steel ». <http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=da78c1f786274896a7b667eb97c10401>. Consulté le 2014-11-10. MetalSO. 2014. « Tool steel W1 ». <http://www.suppliersonline.com/Research/Property/result.asp?FamilyID=17&MetalID=2969&Chemical=1&Physical=1&Mechanical=1>. Consulté le 2014-11-10. SCF. 2014. « Produit du jour: Thallium ». <http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/thallium.html>. Consulté le 2014-11-10. Wikipédia. 2014. « Masse volumique ». <http://fr.wikipedia.org/wiki/Masse_volumique>.

Identification d’une pièce et de son matériau Questions?

Plan de la présentation Mesure de la température lors de la fabrication: Principes de mesure Instruments Avantages des procédés Limites des procédés Applications Avenues de recherche Conclusion

Mesure de la température lors de la fabrication Principe de mesure La température Potentiel thermique Échelle en vigueur: EIT-90 Chaîne thermométrique Captation Transmission Lecture et enregistrement Considérations métrologiques

Mesure de la température lors de la fabrication Appareils de mesure avec contact Couple thermoélectrique (Thermocouple) Principe physique: Effet Seebeck Potentiel généré aux bornes:

Mesure de la température lors de la fabrication Obtention d’une mesure absolue: Ajout d’une thermistance Montage complet d’un thermocouple Formes industrielles typiques

Mesure de la température lors de la fabrication Appareils de mesure sans contact Thermomètre infrarouge (Pyromètre) Principe physique: Radiation électromagnétique Longueurs d’ondes utiles: 0.7 @ 14 μm

Mesure de la température lors de la fabrication Chaîne thermométrique Mesure de température basée sur la théorie des corps noirs! Important de connaître l’émissivité du corps à l’étude Interaction du corps et de son environnement: réflexion et transmission Calibration de l’instrument en fonction du corps et de l’environnement

Mesure de la température lors de la fabrication Formes industrielles typiques Modèles compacts Caméras infrarouges Thermomètres portables

Mesure de la température lors de la fabrication Avantages de la mesure de la température Obtention pièces de meilleure qualité Propriétés mécaniques et microstructure adaptés aux besoins Meilleure performance du procédé de fabrication, diminution des pertes, donc économies réalisées Permet la documentation du procédé de fabrication

Mesure de la température lors de la fabrication Couple thermoélectrique: Avantages: Installation simple, robustesse, faible coût Intervalle de mesure étendu (-250 ºC et 2300 ºC) Limites: Installation de fils d’extension loin de la référence Utilisation dans une zone de rayonnement intense non recommandée Temps de réponse plus lent que les thermomètres à résistance

Mesure de la température lors de la fabrication Thermomètre infrarouge: Avantages: Mesure de la température sans contact grâce à la radiation d’infrarouges du corps Résultats fiables pouvant être reproduits à haute température Mesure de la température superficielle de la surface est aussi une limite Limites: La température ne peut être mesurée à travers le verre Ne peut mesurer la température de surfaces métalliques brillantes ou polies: seulement des «tendances» de températures peuvent être établies

Mesure de la température lors de la fabrication Applications: mesure sans contact: Jusqu’à 3000ºC, utilisation caméras et thermomètres infrarouges pour transformation produits métalliques: Laminage: mesure température (700 ºC à 1100 ºC) de la pièce formée, et dans la zone de refroidissement avec pyromètres Fonderie: mesure de la température des parois extérieures des wagons à laitier, détecter zones de haute température pour prévoir remplacement des wagons Industrie de l’injection de plastique: Mesure de la température des pièces avec caméra infrarouge, le temps de fermeture peut être optimisé: temps de cycle plus court, moins de rejets de pièces donc économies

Mesure de la température lors de la fabrication Applications: mesure avec contact: Exemple mesure de la température du bain de fusion de produits d’aluminium Température entre 680 ºC et 820 ºC Thermocouples fixés sur des cannes pyrométriques Thermocouples de type K en Chromel (alliage nickel et chrome) et Alumel (alliage nickel, aluminium et silicium) pouvant mesurer températures jusqu’à 1000 ºC Image tirée du site web de Pyro-Contrôle:

Mesure de la température lors de la fabrication Avenues de recherche Arrivée sur le marché de nouvelles technologies de fabrication nécessite contrôle paramètres Exemple fabrication additive procédé LENS (Laser-Engineered Net Shaping): Dépôt de poudre métallique et fusion avec laser Propriétés mécaniques et précision dépendent taille et température du bain de fusion Mesure de la température avec un système avec pyromètre à deux longueurs d’ondes, ce qui permet une meilleure précision

Mesure de la température lors de la fabrication Avenues de recherche Exemple usinage à grande vitesse: Vitesse élevée entraîne augmentation température Température influence fini de surface, durée de vie de l’outil et précision d’usinage Utilisation de capteurs infrarouges fixés au dos de l’outil de coupe Pour chaque mesure de température, une valeur de tension est obtenue Méthode limitée: Distance entre le capteur et la surface de la pièce Copeaux produits peuvent modifier mesure température

Mesure de la température lors de la fabrication Conclusion Instruments Avec et sans contact Avantages Qualité pièces Documentation procédé Limites Calibration instruments Utilisation environnement avec rayonnement Applications Avenues de recherche

Mesure de la température lors de la fabrication Bibliographie Mesure de la température lors de la fabrication AFNOR. 2014. « Avantages de l'étalonnage des cannes pyrométriques ». <http://www.bivi.metrologie.afnor.org/ofm/metrologie/ii/ii-10/ii-10-22/1>. Consulté le 12-10-2014.   ASTM F2362-03. 2013. Standard Specification for Temperature Monitoring Equipment. West Conshohocken, PA: ASTM International, 42 p. Canteach. Instrumentation fondamentale: Appareils de mesure et régulation PID. Davoodi, B., et H. Hosseinzadeh. 2012. « A new method for heat measurement during high speed machining ». Measurement, vol. 45, no 8, p. 2135-2140. Frank P. Incropera, David P. Dewitt, Theodore L. Bergman and Adrienne S. Lavine. 2003. Principles of heat and mass transfer, 7e édition. Optris. 2014a. Basic principles of non-contact temperature measurement. < www.optris.com >. Consulté le 12-10-2014. Optris, infrared thermometers. 2014b. « Brochure applications hautes températures ». PDF. <http://www.optris.fr/tl_files/pdf/Downloads/Allg.%20Broschueren/Brochure%20applications%20hautes%20temperatures.pdf>. Consulté le 2014-11-04. Optris, infrared thermometers. 2014c. « La surveillance des températures dans l’industrie du plastique ». PDF. <http://www.optris.fr/temperature-industrie-des-plastiques>. Consulté le 2014-11-04. Pyro-Contrôle. 2010. « Capteurs de température pour fonderie d'aluminium ». <http://www.chauvin-arnoux.com/display.asp?9626>. Consulté le 2014-11-14. Rogez, Jacques, et Jean Le Coze. 2010. « Éléments de choix d'une chaîne et d'une méthode de mesure ». Techniques de l'ingénieur Mesure de température, no base documentaire : TIB542DUO ref. article : r2518. Technique_de_l'ingénieur. 2014. Mesure de température, 2e édition. < www.technique-ingenieur.fr >. Consulté le 12-10-2014. Wang, Liang, Sergio D. Felicelli et James E. Craig. 2009. « Experimental and Numerical Study of the LENS Rapid Fabrication Process ». Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol. 131, no 4, p. 041019-041019. Wikipedia. 2014a. « Thermistance ». <http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermistance>. Consulté le 10-10-2014. Wikipedia. 2014b. « Thermocouple ». <http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermocouple#Type_K>. Consulté le 2014-11-14. Wikipedia. 2014c. « Thermomètre infrarouge ». <http://fr.wikipedia.org/wiki/Thermom%C3%A8tre_infrarouge>. Consulté le 13-10-2014.

Mesure de la température lors de la fabrication Questions?