Équipements

Les conditions thermiques et mécaniques durant les procédés de fabrication réels peuvent être simulées physiquement en laboratoire afin d’acquérir une meilleure compréhension des procédés de fabrication, mais aussi pour reconstruire, la microstructure, les propriétés physiques et mécaniques qui en résultent à la fin du procédé. Cela permettra d’améliorer et optimiser le traitement des matériaux. Dépendamment de la capabilité de l'équipement réalisant la simulation physique, la précision des résultats expérimentaux obtenus facilite la transition entre l’échelle du laboratoire à l’échelle industrielle. 

 

Le groupe CM2P dispose du Gleeble® 3800 qui est équipé d’un contrôleur de puissance thermique pour les essais des matériaux et les simulations des procédés de fabrication. L'utilisation des unités de conversion mobiles permet la configuration de ce système avec les mâchoires de serrage (mors de serrage) pour l’étude de déformation, fusion et solidification, soudage, cycle thermique, traitement thermique, dilatomètrie, transformation de phase, relaxation des contraintes, fluage et fatigue. Cette unité peut être facilement reconfigurée pour l'utilisation du MAXStrain II (systèmes multiaxes pour la déformation à chaud). L'unité MAXStrain est particulièrement bien adaptée au laminage à chaud et au forgeage multicoups pour simuler une déformation illimitée sous un contrôle précis de la déformation, du taux de déformation et de la température. 

Le système Gleeble® 3800 est capable de générer une force de 196 KN en mode compression et 98 KN en mode traction.  

 

Il est également utilisé dans les essais de compression avec des taux de déformation pouvant aller jusqu'à 50/s tandis que son système servohydraulique crée une vitesse maximale élevée de 2 m/s pour les expériences en traction. Les déformations longitudinales et transversales sont mesurées par des extensomètres installés dans la zone de chauffage. Les vitesses de chauffage et de refroidissement peuvent être contrôlées en fonction des mors de serrage, de la géométrie de l’échantillon et du système de trempe utilisé. Le module MaxStrain du Gleeble® 3800 offre la possibilité d'utiliser des échantillons de grandes dimensions et d’obtenir des taux de déformation élevés avec aussi la possibilité de réaliser des tests à des températures très basses pour des matériaux à haute résistance mécanique. 

Capacité de 100KN avec four à radiations IR (capable de chauffer jusqu’à 1250 oC) pour simuler des cycles de chauffage et de refroidissement non linéaires durant le forgeage. (voir figures ci-dessous) 

Les industries opérant dans le domaine aérospatial, automobile et la forge ont bénéficié ces dernières années de l'introduction d'un certain nombre de nouvelles technologies de forgeage et d’équipements dans la pratique commerciale. Un nombre important de ces technologies est lié à la production d'alliages opérant à haute température. La difficulté de réalisation d’un forgeage optimale pour ces alliages ou pour des pièces critiques, nécessite le contrôle des paramètres de forgeage tels que l’enveloppe des tolérances requises, la température, la pression ainsi que le type de la presse de forgeage utilisée.  

 

Le groupe CM2P dispose d'une presse de forge à température isotherme d’une capacité de 1000 tonnes métriques (IHFP-1000) capable de forger des matériaux à haute résistance mécanique tels que les superalliages à base de nickel, les alliages de titane, les alliages d’aciers et d'aluminium. Cette presse est munie aussi d’un four haute température (au-dessus de 1200 °C). L’une des caractéristiques principales de cette presse implique des dispositifs pour chauffer en continu les matrices et les pièces tout au long du procédé de formage. L'IHFP-1000 est équipé de deux enceintes de chargement et de chauffage où l'ensemble du procédé est réalisé sous vide ou sous gaz inerte afin de protéger les parties chauffantes. Les enclumes de l'IHFP-1000 peuvent être conçues et modifiées en fonction de différentes applications. La configuration standard est adaptée pour des échantillons de l’ordre de 200 mm de diamètre. Les chambres ont un mécanisme de transfert pour charger et décharger le spécimen vers / depuis la zone de forgeage. Le système d'acquisition de données contrôle les paramètres tels que la pression, la position de la presse, la vitesse de la presse et la température. L'actionneur de l’IHFP-1000 dispose d’une course de 305 mmm et son système d'asservissement permet une vitesse d'au moins 25 mm / s. 

L'IHFP-1000 dispose d'un contrôleur spécifique qui permet de développer et de réaliser des expériences sophistiquées au niveau laboratoire ou des essais industriels. 

Le DIL805 A/D est un dilatomètre de haute résolution qui mesure la dilatation en fonction de la température au cours d'un cycle de traitement thermique. Les expériences sur le dilatomètre peuvent inclure un large choix de matériaux, en raison de sa grande plage de températures d'utilisation (20 – 1700 °C) ainsi que de ses capacités élevées de chauffage (max.100 °C/s) et de refroidissement (max.100 °C/s). Les résultats de dilatation obtenus peuvent être exploités par de nombreuses applications scientifiques telles que la construction de diagrammes TTT et TRC en convertissant les dilatations mesurées en fractions des phases transformées. De plus, des propriétés physiques qui dépendent de la température peuvent aussi être extraites, telles que la densité et le coefficient de dilatation thermique linéaire. Le DIL805 A/D est aussi muni d’un module complémentaire de déformation en compression qui peut également s’installer pour simuler les déformations lors d'un procédé de fabrication. Mis à part les résultats concernant la mesure de la dilatation, le dilatomètre pourra également être utilisé comme un four pour réaliser les traitements thermiques pour de petits échantillons à des fins métallographiques telles que les observations de la microstructure ainsi que la détermination de la taille des grains. Les tailles standards des échantillons sont des cylindres de 4×10 mm pour étudier la dilatation libre et des cylindres de 5×10 mm pour des expériences qui s’effectuent sous déformation.  

Le HITACHI SU-8230 est parmi les meilleurs microscopes électroniques à balayage (MEB) au monde, munis d’une très haute émission du champ à froid. Ce microscope est doté de la chambre d'échantillons la plus volumineuse de la série SU8200 et d'un canon à émission de champ à froid optimisé pour les basses tensions, ce qui permettra d’offrir une résolution aussi petite de 0,6 nm à 15KV. Le MEB SU-8230 de l'École de Technologie Supérieure (ÉTS) est équipé de deux détecteurs EDS (spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie) qui peuvent servir différents objectifs de mesure; Un détecteur Bruker XFlash qui convient aux hautes tensions (supérieurs à 15KV) et qui pourra simultanément être utilisé avec la mesure EBSD afin de détecter la composition chimique ainsi que les informations cristallographiques; Un détecteur Bruker FlatQUAD pour des mesures de basses tensions (inférieurs à 20KV) jusqu' à 3KV et en raison de sa géométrie et de sa distance à la surface de l'échantillon, l’amélioration du niveau d'analyse EDS des nanoparticules a également été renforcé. En outre, le détecteur Bruker e – FlashHD EBSD est activé pour effectuer en même temps un balayage rapide et une haute définition des motifs (configurations) Kikuchi afin d’afficher les détails les plus fins. 

Le MEB de table HITACHI TM3000 est muni d’un détecteur d'électrons rétrodiffusés pour l'imagerie et un détecteur EDS X-flash pour l'analyse chimique reste le meilleur choix pour effectuer des observations rapides pour la microstructure et révéler des caractéristiques spécifiques à des échelles de tailles de l’ordre de micron. Les principaux avantages d'utilisation de ce microscope sont ; la simple configuration pour les échantillons, l’atteinte rapide du vide, une interface simple et conviviale ainsi qu'un temps court de réglage. Le détecteur XFlash®430 H du microscope est un détecteur à dérive au silicium (SDD) possédant une surface active de 30 mm2 , il est capable de détecter tous les éléments à partir du bore (B5 ~ Am95). 

Le Hitachi S-3600N, fait partie de la série s-3000 des MEB Hitachi, offre des avantages particuliers grâce à sa grande chambre d'échantillonnage (10 pouces max.), sa capacité de recevoir des échantillons avec une épaisseur élevée (70 mm max.), sa tolérance aux poids élevés d'échantillons (2,0 kg max.), sa large chambre d’échantillon à entrainement automatique avec un moteur à 5 axes (X / Y: 150 mm / 110 mm), sa garantie de résolution à faible tension Vacc. (3KV) et une pression de vide réglable (VP). 

L'Olympus LEXT OLS4100 est un microscope 3D confocal laser avec la possibilité de révéler des éléments de surface à 10 nm de résolution. Outre que l'acquisition rapide des images haute résolution, sa puissance métrologique supérieure rend l'imagerie possible à des pentes allants jusqu'à 85 °. Parmi les capabilités du LEXT OLS4100 on peut citer : la mesure de micro-profils, les mesures multicouches de matériaux mêmes s’ils sont transparents, la mesure de la rugosité de surface, l’imagerie couleur 3D. 

Le HITACHI IM4000Plus, possède des configurations intégrées pour le polissage à plat et à section transversale, est un équipement de polissage ionique (argon ionisé) utilisé pour la préparation de la surface des échantillons. Cette méthode permet de faire disparaitre les dommages dus aux polissages mécaniques conventionnels, les rayures et leurs effets associés aux déformations. IM4000 Plus, est le dernier modèle développé de sa série, il offre des taux de polissage améliorés à la fois en mode plat et en coupe transversale.

 

• ANSYS-LSDYNA : Ce logiciel permet de faire des analyses thermiques et mécaniques en petites (ANSYS) et grandes (LSDYNA) déformations. Les deux logiciels sont opérationnels à l’ÉTS et ont déjà été utilisés pour simuler des procédés de mise en forme. 

• ABAQUS : Ce logiciel est bien connu des milieux industriel et universitaire pour sa versatilité et sa capacité à simuler des déformations à froid et à chaud. 

• THERCAST et FORGE3 : Ces deux logiciels de la compagnie TRANSVALOR sont parmi les deux ou trois logiciels du monde à simuler des procédés de mise en forme. Le premier, THERCAST, est utilisé pour simuler la coulée et la structure de solidification, alors que FORGE3 est utilisé pour simuler les procédés de mise en forme à l’état solide (forge, laminage, extrusion) et le traitement thermique (trempe, revenu, recuit).