T. 03 29 79 96 72 – T. 03 29 79 96 72 – CRITT – TJF&U Le C.R.T. des Techniques Jet Fluide.

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1 T. 03 29 79 96 72 – E-mail : T. 03 29 79 96 72 – E-mail : a.tazibt@critt-tjfu.com a.tazibt@critt-tjfu.com CRITT – TJF&U Le C.R.T. des Techniques Jet Fluide & Usinage I.C.E.E.L. Institut Carnot Abdel TAZIBT Responsable Recherche Technologique GdR 3184 SurGéCo 1 er & 2 Avril 2009, Montpellier

2 C.R.I.T.T. : une mission de service public

3 Historique 1984 : Création du « CRITT métaux » sur le concept COM de la thèse de M. LEVAILLANT de la Sté Tool : Dév le COM et Transfert aux entreprises 1988 : Création du « CRITT Jet d’eau » par Saunier Duval / la Sté américaine Ingersoll Rand : Industrialisation et diffusion de la technologie du jet d’eau 1996 : Naissance du « CRITT Techniques Jet Fluide & Usinage » 1998 : Label CRT Qualifié (Ministère de la recherche) 2007 : ICÉEL Institut Carnot Énergie Environnement en Lorraine Membre du bureau Membre du bureau Coordinateur du pôle PRETT Lorraine (Les CRT & CTI) Coordinateur du pôle PRETT Lorraine (Les CRT & CTI) 2006 : MIPI MATERALIA Pôle de compétitivité Membre du directoire (vice présidence TRANSFERT TECHNOLOGIQUE) Membre du directoire (vice présidence TRANSFERT TECHNOLOGIQUE) Coordinateur de la Brique « Procédés Innovants » Coordinateur de la Brique « Procédés Innovants »

4 ICéEL : Des Fédérations Recherche et Transfert

5 PRETT : Fédération des CRT et CTI lorrains au sein de l’ ICéEL

6 Matéralia PRETT Lorraine ICEEL/ AiC TJF&U LES RESEAUX du CRITT TJF&U RDT national CRT national PfT MECAFUTUR Club Jet d’eau BHRG /Europe WJTA /USA

7 Les missions IndustrielleIndustrielle Projets R&D PMEs Grands groupes EPIC (Publics) PartenarialePartenariale Agence Nationale de la Recherche Ministère Industrie Industriels Recherche & Développement Vitrine des technologies Jet F&U Démonstration de procédés Études de faisabilités techniques Qualifications Aide à l’intégration industrielle Transfert Usinage Découpe jet d’eau Préparation de surface Formation

8 Les applications de la pression Domaine Agroalimentaire

9 Les secteurs industriels –Verrier (Baccarat) Forme curviligne Perçage fin –Art & décoration Imbrications de formes complexes multi matériaux –Démantèlement ogives –Agroalimentaire Barres de céréales Poisson Pâtisserie Fruits (Pomme) Découpe Jet d’eau Alliages d’aluminium, aciers, Composites, Polymères, Cuivreux –Cuir –Plastique –Automobile (+80%) Tableau de bord, Tapis Carrosserie emboutie Optiques Joints élastomère –Aéronautique Aubes de moteurs Matériaux composites (fuselage) –Chaudronnerie

10 Hydro démolition –Assainissement d’ouvrages d’art –Reconditionnement en BTP Décapage de peintures Ferroviaire Coques de navires Cuves d’hydrocarbures Les secteurs industriels –Dépôts résineux (époxy) Réacteurs chimiques –Dépôts calcaires /oxydes Échangeurs thermiques –Nettoyages de moules –Décochage de carapaces Céramique, Sable en préparation des surfaces Nettoyage Décapage Traitement

11 Stabilité du matériau découpé Découpe Jet d’eau abrasif = Stabilité du matériau découpé Les propriétés mécaniques et chimiques sont préservées: pas de ZAT, pas de déformation plastique pas d’écrouissage Eau sous pression Buse Chambre de mélange Particules Tube de focalisation Distance de tir Matériau

12 Une puissance d’usinage sans copeaux « par érosion »

13 Les technologies Jet cryogénique :Jet cryogénique : azote liquide supercritique,azote liquide supercritique, CO2 glace, CO2 liquideCO2 glace, CO2 liquide Jet d’eau THP :Jet d’eau THP : pure, chargée de polymèrespure, chargée de polymères chargée de particuleschargée de particules Usinage : Conventionnel, UGVUsinage : Conventionnel, UGV Jet d’eau 4000 bars Tête robotisée 5 axes Tête de découpe jet d’eau abrasive Décapage Jet d’eau Haute pression de 20 à 60°C Jet cryogénique CO2 à -78°C Jet azote -140°C ; 3000 bars Tête Robotisée 6 axes Vidéo cryo Vidéo Jet d’eau Vidéo décap

14 Modélisation de l’Outil Modélisation de l’endommagement du Matériau DOMAINES DE RECHERCHE /PF Tech. 1- Procédés Jet Fluide pour la mise en forme des matériaux Jet d’eau pure, jet d’eau chargé Jet d’eau pure, jet d’eau chargé Jet d’ Azote liquide supercritique, CO2 liquide, CO2 glace Jet d’ Azote liquide supercritique, CO2 liquide, CO2 glace Jet d’eau hybride puissance laser sous THP Jet d’eau hybride puissance laser sous THP 3- Impact environnemental des technologies Jet Fluide Bilan énergétique, transfert de pollution Bilan énergétique, transfert de pollution V eau V particule sans air V particule avec air Vitesse des phases Longueur 2- Procédés de préparation des surfaces Jet d’eau, jet d’eau chargé Jet d’eau, jet d’eau chargé Jet d’ Azote liquide super critique, CO2 liquide, CO2 glace Jet d’ Azote liquide super critique, CO2 liquide, CO2 glace

15 PROJETS DE RECHERCHE Partenariale « Projets de pôle MIPI -MATERALIA» HYRID-LJET Procédé hybride Jet d’eau puissance Laser sous THP HYRID-LJET : Procédé hybride Jet d’eau puissance Laser sous THP Collaboration IS, LMOPS, LETAM, Industriels Programme ADEME 2008 Schéma de principe de la tête hybride et du couplage Injection eau THP, Dinj Faisceau Laser Lentille Fenêtre « Hublot » Buse de couplage, Db Jet hybride (Ø  0.2mm) Matériau (ép >1mm) Injection laser, Chambre de collimation (Dch, Lch) P, Q Hinj Direction de déplacement d’outil Métal en fusion Gaz d’assistance Faisceau Laser Direction de déplacement d’outil Métal en fusion Le Jet hybride Matériau L’outil Laser sec : Transfert de chaleur dans le matériau (la ZAT) L’outil hybride : Refroidissement continu du matériau Etendue de la ZAT (Zone Affectée Thermiquement)

16 PROJETS DE RECHERCHE Industrielle Client : CEA « MWJ » Outil pour le micro perçage froid de matériaux fragiles Physique du jet Processus de mélange et d’accélération eau/abrasif Système d’amenée d’abrasif fin Problème de formation de voûte Interaction jet / matière Exemple de collaboration Micro usinage Jet fluide : Procédé jet fluide chargé de particules micrométriques pour le Micro-perçage et la Micro découpe de matériaux durs et fragiles

17 L’installation expérimentale azote supercritique sous THP Calorifugeage double couche PU/Alu de la conduite d’azote liquide 1. Réservoir Azote liquide BP 5.Echangeur 9. Robot 7.Outil de travail 8. Le jet d’azote THP Azote liquide BP 3. Générateur Jet d’azote THP NitroJet 6000 Panneau de contrôle et de pilotage du générateur et du Jet 2. Conduite azote liquide calorifugée 6. Conduite azote THP froid 4. Conduite azote THP chaud 11. Matériau cible et support Vidéo Jet

18 Injection du Jet thermique d’azote Flux N2 (T°, Énergie) N2N2 Le jet thermique d’azote PROJETS DE RECHERCHE Partenariale Projets de pôle « MIPI -MATERALIA » JAZOLTHOP : Étude du procédé de jet d’azote pour la préparation de surface Collaboration : Collaboration : LEMTA – LPMM - CM2T – industriels ANR Eco technologies –2006 /2009 Buse Tube THP Zone chaude Jet sous détendu Zone froide Jet détendu Matériau Interstices

19 Décapage d’oxydes sur une plaque d’acier soumise à un jet d’azote déplacé à la vitesse V=500 mm /min, pour une distance de tir de 70mm. Effet macroscopique du traitement d’une plaque oxydée

20 Effet microscopique du traitement d’une plaque oxydée

21 Endommagement subi par une plaque d’acier oxydé thermiquement soumise à un jet déplacé à la vitesse V=20 mm /min, pour une distance de tir de 50mm. Clichés au Microscope Electronique à Balayage. Plusieurs impacts séparés sont visibles. On note la micro - fissuration associée à un impact, et orientée par les défauts de surface. Microfissuration de la structure de surface induite par l’action du jet thermique

22 Transformation martensitique d’un inox austénitique : améliorer la dureté superficielle de l’acier austénitique sans diminuer sa ductilité Attendu du traitement à l’Azote d’un acier inox austénitique 316 L: augmentation de 200 Hv à 1000 Hv (Investiguer la diffusion de l’élément carbone C vers la surface, ce qui augmente la dureté superficielle, améliore la résistance à l’usure, au grippage Photo: Littérature

23 Flux de température extrait par le jet d’azote hypercritique du matériau traité Structure de l’écoulement en impact Capteurs de T° Mesure de profil de température à l impact Temps d’exposition (s) Température du matériau (°C)

24 Éléments de transformation de phase et Traitement nitrogénique Troosite très dure avec des lamelles de ferrite (α et δ solution de C dans le Fe qui cristallise dans le système cubique CC) et de la cémentite Fe3C Austénite (ex: acier inox 316L) solution de carbone dans le fer . Cristallise dans le système cubique CFC Bainite plus dure (cristallise en aiguilles) T (°C) Temps (s) Refroidissement à moyenne vitesse Refroidissement à très grande vitesse Refroidissement à grande vitesse Martensite plus dure qui cristallise en plaquettes ou en aiguilles 306090 120 -50 -100 0 20

25 Influence de la vitesse d’impact (temps d’exposition du jet thermique) sur le flux de température extrait du matériau Zone linéaire Zone d’inflexion Zone parabolique

26 Conclusion D’un point de vue général, nous avons pu déterminer que l’action cryogénique du jet pouvait pour certains alliages modifier l’équilibre des phases et déstabiliser la matrice. C’est la structure cristalline, la nature des phases et des précipités qui donnent aux métaux leurs propriétés mécaniques ou leur capacité à conduire la chaleur et l'électricité, et leur capacité à être renforcé. Préparation ou activation ? les premiers résultats montrent que la dureté du matériau en surface augmente sans modification des propriétés mécaniques du massif; amélioration de la résistance à l’usure; microfissures superficielles, meilleure tenue du dépôt futur, d’où, pour chaque matériau et chaque application, l’importance de maîtriser les paramètres expérimentaux du jet d’azote

27 M e r c i d e v o t r e a t t e n t i o n !

28 Il y a plusieurs solutions solides par insertion de carbone dans le fer : L'austénite : solution de carbone dans le fer γ - gamma. Cristallise dans le système cubique faces centrées CFC. cubiqueCFC La présence de Nickel dans l'acier stabilise cette phase - donc augmente sa surface sur le diagramme - à tel point que si la teneur en nickel dépasse 18% on a de l'austénite jusqu'à température ambiante ! Si on refroidit de l'austénite à vitesse moyenne on obtient de la troosite très dure avec des lamelles de ferrite et de la cémentite. Si on la refroidit plus vite on a de la bainite en aiguilles et si on la refroidit très vite on obtient de la martensite. La perlite : eutectoïde formé par le fer et le carbone à 723 degrésperlite La ferrite α et δ : solution de carbone dans le fer qui cristallise dans le système cubique centré. Ces deux ferrites cristallisent dans le système cubique centré CC. Le chrome dans l'acier stabilise la phase alpha. La cémentite de formule Fe3C formée de 12 atomes de fer pour 4 de carbone, et qui a la propriété de se décomposer avant de fondre.atomes La martensite : constituant dur des aciers qui cristallise en plaquettes ou en aiguilles et qui prend naissance par refroidissement brutal de l'austénite qui empêche une diffusion du carbone dans le fer, la martensite est très dure mais très fragile.plaquettesdiffusion Rappels sur les transformations de phases « solides » Fer CFC et carbone (compacité 74%) Fer CC et carbone (compacité 68%)