Stage de M1 Technologie Mécanique Élaboration d’un alliage par métallurgie des poudres et corrélation entre microstructure et propriétés mécaniques Universidad de Chile, Santiago Par Thomas Brun Stage de M1 Technologie Mécanique du 9 Mai au 22 Août 2005

Plan de la présentation 1. Présentation du lieu du stage 2. Présentation du sujet 3. Fabrication des matériaux 4. Essais réalisés 5. Conclusion

1. Présentation du lieu de travail 1/19 Le Chili Superficie : 757 000 km² - 4300 km de long (nord/sud) 100 km / 200 km de largeur moyenne (est/ ouest) Population : 14 500 000 habitants Capitale : Santiago du Chili (5 000 000 habitants) Système politique : république, régime présidentiel Chef d'état : Ricardo Lagos depuis le 12 mars 2000 Langues : espagnol (langue officielle), aymara et mapuche

1. Présentation du lieu de travail 2/19 Universidad de Chile L’une des 3 meilleures universités publiques du Chili 162 ans d’existence 13 campus dans Santiago centre 1200 élèves sur le seul campus de Beauchef (physique et ingénierie)

Lieu et équipe de travail 1. Présentation du lieu de travail 3/19 Lieu et équipe de travail Responsable projet : Professeur M. Elgueta Departamiento de Ingenieria Mecanica, U. de Chile Collaborateurs : David Oses & Rodrigo Sequel Étudiants de 4ème année au Departamiento de Ingenieria Mecanica, U. de Chile dans le cadre de leurs mémoires de fin d’étude

Par Pablo Enrique Astudillo Maillard, 2004, Universidad de Chile. 2. Présentation du sujet 4/19 Antécédents du projet Projet basé sur le mémoire de fin d’études : « Comportement mécanique à la fatigue de matériaux composites à base cuivre renforcée de carbure de tungstène » Par Pablo Enrique Astudillo Maillard, 2004, Universidad de Chile.

2. Présentation du sujet 5/19 Objectifs Déterminer la variation des propriétés mécaniques en traction et en fatigue en fonction de la fraction volumétrique et la taille des particules de renfort dans un alliage Cu-WC → Fabrication des matériaux → Essais de traction → Essais de flexion → Relation à la microstructure

Méthode de fabrication (1/2) 3. Fabrication des matériaux 6/19 Méthode de fabrication (1/2) Mélange mécanique de poudres Compaction à froid

Méthode de fabrication (2/2) 3. Fabrication des matériaux 7/19 Méthode de fabrication (2/2) Mise en capsule sous vide Extrusion à chaud Puis les éprouvettes sont usinées sur un tour conventionnel et rectifiées sur un tour numérique (norme ASTM E 466)

3. Fabrication des matériaux 8/19 Problèmes rencontrés L’extrusion est un procédé délicat dans lequel aucun de nous n’avait d’expérience. Les variables à maîtriser sont nombreuses : Températures et temps de chauffage des 5 différentes pièces Vitesse d’avance du poinçon Pression appliquée La bibliographie sur le sujet est peu fournie. Processus long a mettre en place (une extrusion par jour). → beaucoup de matériel pas toujours disponible: fours défectueux ou utilisés par d’autres projets, machines en réparation, etc. Matrices d’extrusion sont endommagées trop rapidement → délais importants. Le contrôle des températures et temps de chauffage des pièces est imparfait : certains fours chauffent à des vitesses variables, d’autres ont des capteurs défectueux, etc.

Objectif : « faciliter » l’extrusion 3. Fabrication des matériaux 9/19 Solutions apportées Objectif : « faciliter » l’extrusion Augmentation de la température de chauffage du matériau Diminution de la taille du solide compacté (donc de la capsule) → effort nécessaire à l’extrusion plus faible. Traitement thermique de la matrice : trempe et revenu.

3. Fabrication des matériaux 10/19 Matériaux fabriqués Matériau : cuivre (Cu) renforcé de carbure de tungstène (WC) 5 types de matériaux différents : Cu+ 1% WC, particules de 6-10µm Cu+ 10% WC, particules de 6-10µm Cu+ 15% WC, particules de 6-10µm Cu+ 10% WC, particules de 4,3µm Cu+ 10% WC, particules de 23µm 8 éprouvettes de fatigue et 1 de traction pour chaque matériau.

Les essais réalisés Essais de traction 11/19 Les essais réalisés Essais de traction → confiés à une entreprise extérieure, faute de moyens techniques. Essais de fatigue par flexion rotative Compte-tours Moteur électrique Éprouvette Capteur Effort

Traitement des essais de fatigue 4. Essais réalisés 12/19 Traitement des essais de fatigue Évolution de la dureté en fonction du nombre de cycles sous charge (dureté Vickers, charge 2kg) Mesures de microdureté en fonction de la distance à une particule de WC.

Influence de la fraction volumique 5. Conclusion 13/19 Résultats des essais de traction (1/2) Influence de la fraction volumique Une fraction volumique faible permet de garder les propriétés de ductilité de la matrice; La limite élastique en traction est supérieure pour une f.v. ‘moyenne’

Influence de taille des particules 5. Conclusion 14/19 Résultats des essais de traction (1/2) Influence de taille des particules Des particules de petite taille donnent clairement un meilleur comportement en traction

Résultats des essais de fatigue 5. Conclusion 15/19 Résultats des essais de fatigue Influence de la fraction volumique Influence de la taille des particules

Résultats des essais de dureté 5. Conclusion 16/19 Résultats des essais de dureté

Résultats des essais de microdureté 5. Conclusion 17/19 Résultats des essais de microdureté Mesures autour de 3 particules au hasard Dureté HV Éprouvette : 10% WC 4,3µm Éprouvette : 10% WC 23µm Éprouvette : 1% WC 6-10µm Distance à la particule de WC en µm La dureté augmente lorsqu’on s’approche d’une particule. Détermination du mécanisme de rupture

5. Conclusion 18/19 Conclusion (1/2) Des particules de petite taille donnent clairement un meilleur comportement en traction. Des particules de taille ‘moyenne’ donnent les meilleurs résultats en fatigue de flexion. Une fraction volumique faible permet de garder les propriétés de ductilité de la matrice en traction et augmente le nombre de cycles à rupture. La limite élastique en traction est supérieure pour une f.v. ‘moyenne’. Mécanisme de rupture : décohésion de l’interface matrice particule.

Conclusion (2/2) Perspectives Apport personnel 19/19 Conclusion (2/2) Perspectives Apport personnel Remerciements à : René Billardon, Marcelo Elgueta, David Oses, Rodrigo Sequel ; à mes amis chiliens Dago, Edy, Fabiola, Pancho, Jorge, Alex ; à Ewen et Sarah.