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Résumé de thèse de Marcio Wagner Batista Dos Santos

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Investigation of the mechanical behaviour and microstructure evolution of Titanium alloys under superplastic and hot forming conditions

Thèse soutenue le 09/10/2017

Cette thèse s’est déroulée dans le cadre d’une cotutelle internationale entre l’IMT - École des Mines d’Albi-Carmaux et l’Ecole Polytechnique de l’Université de Sao Paulo (EPUSP). Elle a pour but de contribuer à l’étude du comportement mécanique de l'alliage de titane Ti6Al4V, plus spécialement dans le domaine du formage superplastique et du formage à chaud. L’objectif général de ce doctorat est de contribuer au développement de procédés de formage non conventionnels des alliages de titane pour applications aéronautiques. C’est pourquoi, en fonction des équipements disponibles sur les deux sites, les travaux de recherche se sont déroulés soit au laboratoire ICA (Institut Clément Ader) de l’Ecole des Mines soit à l’EPUSP. Cette thèse s'intéresse aux interactions entre le comportement mécanique dans les domaines du formage superplastique et du formage à chaud d'une part, et la microstructure initiale et son évolution dans le domaine de sollicitation considéré d’autre part. Pour cela une stratégie d’essais et de caractérisation a été développée et suivie. Elle comporte des essais mécaniques uniaxiaux à haute température sur un alliage Ti6Al4V présentant différentes microstructures initiales (tailles de grains de 0,5; 3,0 et 4,9 μm). Les conditions d’essais ont été choisies de façon à couvrir le domaine du formage à chaud et du formage superplastique, (températures de 700 °C à 950 °C et vitesses de déformation comprises entre 10 -1 s -1 et 10 -4 s -1 ). La croissance de grains dépend de la microstructure initiale mais aussi de la durée de l’essai en
température (croissance statique) mais également de la vitesse de déformation (croissance
dynamique). Afin d’appréhender les différents mécanismes, des observations microstructurales sont effectuées au terme des essais mécaniques par Micrographie Optique et Microscopie Electronique à Balayage. Un modèle de comportement unifié a été introduit capable de couvrir toute la plage de températures et de vitesses de déformation, il tient également compte de la microstructure initiale et de son évolution qui modifient significativement la contrainte d'écoulement et peuvent engendrer des phases de durcissement importantes. Afin de pouvoir valider le modèle, ce dernier a été introduit dans le logiciel par éléments finis ABAQUS® afin de simuler un essai de type gonflage (“Bulge test”). Les résultats des simulations ont été comparés, pour l’une des microstructures de l’étude, aux résultats d’essais réalisés au laboratoire de l'IPT/LEL à Sao José dos Campos - Brésil. Afin de faciliter le contrôle du cycle, les essais effectués ont été opérés à vitesse de déformation constante. Les résultats montrent une très bonne corrélation avec les prédictions et permettent de conclure à une validation du modèle de comportement développé dans la thèse dans des conditions industrielles de formage de l’alliage de titane.

Mots clefs : formage à chaud, formage superplastique, microstructure, croissance de grains, modèle de comportement.