Imprimer

Résumé thèse Emmanuel Cailleux (v.2)

-A +A

Microstructure et comportement thermomécanique d'un béton réfractaire renforcé par des fibres métalliques

 

Emmanuel CAILLEUX - 11 mai 2001.

Enjeux :
Les éléments clés du développement industriel du procédé de formagesuperplastique (SPF) dans l'industrie aéronautique sont économiques. Ils sont directement liés à une diminution des coûts fixes d'exploitation et plusparticulièrement des coûts liés à l'outillage de mise en forme. A ce niveau, les moules de formage superplastique en béton réfractaire présentent plusieursavantages dont notamment un faible coût des matières premières et un délai de réalisation beaucoup plus court que pour un moule métallique. L'utilisationd'un moule céramique permet notamment la réalisation de pièces prototypes ou de démonstration pour lesquelles le coût d'un outillage métallique classiquerépercuté sur les pièces formés est souvent rédhibitoire.

Technologies mises en oeuvre :
Ce travail s'applique aux moules de mise en forme, des tôles d'aluminium ou detitane, réalisées par déformation superplastique pour l'industrie aéronautique et automobile. Néanmoins, les conclusions de cette étude ne se limitent pasaux moules de formage superplastique. Elles peuvent aussi concerner l'ensemble des procédés hautes températures utilisant des bétons réfractaires etintervenant dans les industries de la sidérurgie, du verre ou de la production d'énergie.

Positionnement du sujet :
Les bétons réfractaires sont des matériaux fragiles. Au cours de leurutilisation comme moule SPF, les manutentions et les étapes de démoulage engendrent des sollicitations thermiques et mécaniques qui provoquent souventla rupture catastrophique de l'outillage. L'ajout de fibres métalliques, capables d'améliorer les performances mécaniques d'un béton réfractaire, estune solution appropriée pour contrer ce problème de fragilité. Néanmoins, les règles de formulation de ce composite sont généralement anciennes et issuesd'études empiriques de type "essai-erreur". L'objectif principal de ce travail de thèse a donc été de comprendre le comportement thermomécanique du bétonréfractaire renforcé de fibres métalliques sur le domaine de température 20°C-1000°C, puis de l'optimiser en ajustant sa formulation.

Résultats :
Dans une première partie, les évolutions microstructurales du bétonréfractaire avec la température ont été identifiées. Elles ont notamment permis de définir un cycle de cuisson conduisant à une stabilité physico-chimique et dimensionnelle du matériau. Dans une deuxième partie, une modélisation du comportement thermomécanique du béton réfractaire renforcé aété développée. Elle a pour objectifs l'optimisation au niveau micromécanique de l'efficacité de l'ancrage des fibres dans la matrice et l'optimisation auniveau macromécanique de paramètres de formulation et de répartition des fibres. Elle est basée sur l'utilisation de la résistance des matériaux etprend en compte les mécanismes d'arrachement élémentaires mis en évidence au moyen d'un essai de pullout. Un essai de traction directe haute température aété mis au point et a conduit à la validation de cette modélisation. Une étude paramétrique a ensuite permis de quantifier et de discuter l'influence dedifférents paramètres de formulation.

Applications et/ou mots clés :
Prévision et optimisation du comportement thermomécanique de bétonsréfractaires renforcés de fibres métalliques. Béton réfractaire, réfractaire, fibres métalliques, renforcement, composite, haute température,caractérisation mécanique, modélisation thermomécanique, passage micro-macro.

Transfert des résultats vers l'industrie :
Un moule prototype de formage superplastique en béton réfractaire renforcé defibres métalliques a été réalisé en utilisant les résultats de la modélisation thermomécanique développée. Ce moule a ensuite été testé sur un siteindustriel et a permis de former plusieurs tôles de titanes. Ces premiers essais ont permis de démontrer la capacité des bétons réfractaires renforcés àêtre utilisés pour cette application.