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Depuis plusieurs années, les processus de fabrication sont progressivement automatisés pour améliorer leur répétabilité et leur reproductibilité. Parallèlement, des optimisations sont apportées afin d’améliorer la robustesse des procédés, pour limiter l’impact des variabilités des paramètres du processus sur la qualité finale de la pièce. Sur des petites séries, comme cela est le cas dans le secteur aéronautique par exemple, cette démarche d’automatisation et d’amélioration de la robustesse n’est pas nécessairement rentable. En effet, même si les gammes sont rigoureusement préparées en bureau des méthodes, la production reste majoritairement tributaire du savoir-faire des opérateurs. Pourtant, les accréditations qualité comme NADCAP (National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program) demandent à tracer le respect des procédures. Or cette demande de traçage qualité est peu compatible avec un processus où les prises de décision de l’opérateur jouent un rôle majeur. Ces dernières années, avec l’apparition des concepts de l’usine du futur (tels que la personnalisation de masse, la robotisation des procédés, l’acquisition et le traitement d’un grand nombre d’informations, le développement des jumeaux numériques, etc.), l’enjeu est de pouvoir apporter de la flexibilité et de la robustesse particulièrement adaptées à la petite série. Dans ce contexte, le Laboratoire de Conception – Fabrication – Commande (LCFC) à Metz, avec son partenaire le CETIM, dans le cadre du laboratoire commun, le Laboratoire de Mise en Forme des Matériaux (LaMFM) ont, entre autres, pour préoccupation d’industrialiser ces concepts dans les entreprises de forge et de mise en forme de la matière. Dans ce cadre, un projet de thèse sur la création d’un jumeau numérique pour le pilotage d’une opération de forgeage en énergie a démarré en octobre 2021.

The issue in forging operations is to obtain final product with controlled geometries and microstructure. Several phenomena influence the process, of which one is the machine behavior. The high forging load and the important deceleration of moving parts during billet deformation cause dynamical phenomena which imply energy losses. For energy driven machines, as screw presses and hammers, the measurement of forging load and moving parts displacements can be complex, because of the extreme conditions concerning temperature, impact velocity and developed energy. Therefore, only theoretical models without direct links with reality have been proposed to represent machine behavior. The purpose of this work is to develop a new methodology to model the machine and tools behavior, in order to improve the predictivity of forging process simulations. The model and its parameters are obtained from experimental measurements, which provides a tailored solution, specifically adapted to the {machine + tools} system and applicable to any energy driven machines. The numerical methods and measurement protocols needed to apply the methodology are developed for three machine technologies. The predictive capacity of the model is then validated, step-by-step for different configurations, until reaching the modelling of a counterblow hammer. Simultaneously, the model is exploited to quantify process efficiency and better understand the energy consumption during forging operations.; L’enjeu du forgeage est la maîtrise des dimensions finales et des qualités métallurgiques du produit fini. Plusieurs phénomènes influencent le procédé dont le comportement de la machine. Les efforts importants mis en œuvre et les fortes décélérations des éléments en mouvement lors de la déformation de la pièce provoquent des phénomènes dynamiques à l’origine de pertes énergétiques. Sur les machines pilotées en énergie, dont font partie les presses à vis et les pilons, la mesure des efforts de forgeage et du déplacement des éléments en mouvement peut être complexe, du fait des conditions extrêmes en termes de température, de vitesse de frappe et d’énergie développée. C’est la raison pour laquelle, seuls des modèles théoriques sans liens directs avec la réalité ont été proposés pour représenter le comportement de ces machines. L’objectif de ces travaux est de développer une nouvelle méthodologie pour modéliser le comportement de la machine et de ses outillages, dans le but de rendre les simulations du procédé de forgeage plus prédictives. Le modèle et ses paramètres sont obtenus à partir de mesures expérimentales, ce qui fournit une solution sur-mesure, spécifiquement adaptée au système {machine + outillages} et applicable à une machine pilotée en énergie quelconque. Les méthodes numériques et les protocoles de mesure, nécessaires à la mise en œuvre de la méthodologie, sont développés pour trois technologies de machines. Le caractère prédictif du modèle est alors validé, étape par étape dans différentes configurations, jusqu’à la modélisation du comportement d’un pilon contre-frappe. En parallèle, le modèle est exploité pour quantifier l’efficacité du procédé et mieux comprendre les processus de consommation de l’énergie durant le forgeage.

The issue in forging operations is to obtain final product with controlled geometries and microstructure. Several phenomena influence the process, of which one is the machine behavior. The high forging load and the important deceleration of moving parts during billet deformation cause dynamical phenomena which imply energy losses. For energy driven machines, as screw presses and hammers, the measurement of forging load and moving parts displacements can be complex, because of the extreme conditions concerning temperature, impact velocity and developed energy. Therefore, only theoretical models without direct links with reality have been proposed to represent machine behavior. The purpose of this work is to develop a new methodology to model the machine and tools behavior, in order to improve the predictivity of forging process simulations. The model and its parameters are obtained from experimental measurements, which provides a tailored solution, specifically adapted to the {machine + tools} system and applicable to any energy driven machines. The numerical methods and measurement protocols needed to apply the methodology are developed for three machine technologies. The predictive capacity of the model is then validated, step-by-step for different configurations, until reaching the modelling of a counterblow hammer. Simultaneously, the model is exploited to quantify process efficiency and better understand the energy consumption during forging operations.; L’enjeu du forgeage est la maîtrise des dimensions finales et des qualités métallurgiques du produit fini. Plusieurs phénomènes influencent le procédé dont le comportement de la machine. Les efforts importants mis en œuvre et les fortes décélérations des éléments en mouvement lors de la déformation de la pièce provoquent des phénomènes dynamiques à l’origine de pertes énergétiques. Sur les machines pilotées en énergie, dont font partie les presses à vis et les pilons, la mesure des efforts de forgeage et du déplacement des éléments en mouvement peut être complexe, du fait des conditions extrêmes en termes de température, de vitesse de frappe et d’énergie développée. C’est la raison pour laquelle, seuls des modèles théoriques sans liens directs avec la réalité ont été proposés pour représenter le comportement de ces machines. L’objectif de ces travaux est de développer une nouvelle méthodologie pour modéliser le comportement de la machine et de ses outillages, dans le but de rendre les simulations du procédé de forgeage plus prédictives. Le modèle et ses paramètres sont obtenus à partir de mesures expérimentales, ce qui fournit une solution sur-mesure, spécifiquement adaptée au système {machine + outillages} et applicable à une machine pilotée en énergie quelconque. Les méthodes numériques et les protocoles de mesure, nécessaires à la mise en œuvre de la méthodologie, sont développés pour trois technologies de machines. Le caractère prédictif du modèle est alors validé, étape par étape dans différentes configurations, jusqu’à la modélisation du comportement d’un pilon contre-frappe. En parallèle, le modèle est exploité pour quantifier l’efficacité du procédé et mieux comprendre les processus de consommation de l’énergie durant le forgeage.

Due to their desirable properties at high temperature, polycrystalline nickel-based superalloys are widely used for aircraft engine turbine disk manufacturing. Among the nickel-based superalloys family, Inconel 718 is currently the most popular for civil aircraft engine disks. Such parts are obtained by a hot forging process. Microstructural evolutions occurring during this process are very sensitive to forging conditions (temperature, strain rate and strain level). Given that the microstructure and subsequent mechanical properties are strongly coupled, it is of utmost importance to establish the influence of forging conditions on microstructural evolutions. This relationship, once provided, makes it possible to control the final microstructure of industrial parts, and so their mechanical properties. This work deals with the screw press forging of Inconel 718, a process characterized by relatively high strain rates (1s-1 to 100s-1). In particular, this project aims at studying this kind of forging process compared to conventional forging performed at relatively lower strain rates (0.001s-1 to 0.1s-1). Microstructural evolution mechanisms and kinetics are relatively well known for these conventional methods, and so, the mechanical properties of forged components are controlled. The purpose of this current PhD thesis is to investigate the links that exist between the forging mode (i.e. the strain rate), the resulting microstructures, and, the mechanical properties they generate. Hot compression tests simulating forging operations have been performed. Accurate characterizations of microstructures produced during these compression tests have allowed the finding of the strain rate’s influence on microstructural evolutions. In particular, recrystallization kinetics differing from those reported in the literature have been elucidated. Tensile and creep properties were also evaluated on specimens taken from industrial forged parts. Accurate microstructural characterizations performed in these samples have led to discovering relationships between microstructural features and mechanical properties, and subsequently, have clarified connections to the forging mode.; En raison de leurs bonnes propriétés à haute température, les superalliages base nickel polycristallins sont largement employés pour la fabrication des disques de turbine des moteurs d’avion. Parmi eux, l’Inconel 718 est actuellement le plus employé pour les disques des moteurs civils. De telles pièces sont obtenues par forgeage à chaud. Les évolutions microstructurales se produisant au cours de ce procédé sont très sensibles aux conditions de forgeage (température, vitesse et niveau de déformation). Puisque microstructure et propriétés mécaniques sont directement liées, il est de la plus grande importance d’établir l’influence des conditions de forgeage sur les évolutions de microstructure. Cela permet de pouvoir maitriser la microstructure finale des pièces, et donc, leurs propriétés mécaniques. Ces travaux s’intéressent au forgeage en presse à vis de l’Inconel 718, procédé qui est caractérisé par des vitesses de déformation relativement élevées (1s-1 à 100s-1). Ils visent notamment à étudier ce mode de forgeage au regard de celui plus conventionnel réalisé à des vitesses relativement plus faibles (0,001s-1 à 0,1s-1), pour lequel les mécanismes et les cinétiques des évolutions microstructurales sont relativement bien connues, et les propriétés mécaniques contrôlées. L’objectif de ces travaux de thèse est d’établir les liens qui existent entre le mode de forgeage (i.e. la vitesse de déformation), les microstructures résultantes, et les propriétés mécaniques qu’elles impliquent. Des essais de compression à chaud simulant les opérations de forgeage ont été mis en œuvre. La caractérisation fine des microstructures produites lors de ces essais a permis d’établir l’influence de la vitesse de déformation sur les évolutions de microstructure. En particulier, des cinétiques de recristallisation différentes de celles rapportées dans la littérature sont obtenues. Les propriétés en traction et en fluage ont été évaluées sur des éprouvettes prélevées dans des pièces industrielles forgées. L’analyse fine des microstructures dans les têtes a permis d’établir les relations entre les caractéristiques microstructurales et les propriétés mécaniques, puis, de faire le lien avec le mode de forgeage.

Prix des armes an xve siècle d’après les comptes de la Recette générale des finances (archives du nord à Lille) Le relevé ci-après est basé sur le dépouillement exhaustif d’archives inédites couvrant une cinquantaine d’années du xve siècle. Il offre des conditions suffisantes d’homogénéité : unité de provenance et de monnaie, identité de l’acheteur, car il s’agit chaque fois de fonctionnaires ou d’officiers du duc de Bourgogne. Enfin, basé sur une série de documents, il présente une garantie ...

Olivier de la Marche, dont la flagornerie à l’adresse de ses maîtres de Bourgogne trouvait dans les ressources d’une plume facile un inépuisable adjuvant, n’hésite pas à parer Maximilien d’Autriche du surnom de « Cœur d’acier ». La façon dont il explique cette épithète est très révélatrice des conceptions de son époque sur l’emploi des métaux. Je ne puis, dit-il, égaler le courage de ce prince à l’or, à l’argent ni au plomb, car ce sont des matières trop fusibles et même déformables à froid. ...

1. — La conservation des armements A. — L’entreposage. L’acquisition, par les souverains et les communautés urbaines, de grandes quantités d’armes les mettait dans l’obligation de prendre des mesures propres à en assurer la conservation. La nécessité de les soustraire aux intempéries, aux vols et aux déprédations, rendait primordiale l’organisation d’un lieu de dépôt. Pour les princes, le choix du local ne posait guère de problème sérieux puisque leur résidence, fortifiée ou non, ou leurs for...

Liste sélective d’inventaires d’arsenaux (xive — xve siècles) 1296 Matériel militaire acheté en 1295 pour la flotte royale de Flandre.Fawtier, Comptes royaux, t. II, pp. 631-634. 1304 Inventaire de l’armement du château de Saint-Omer.J. M. Richard, Inventaire sommaire..., t. I, p. 204. 1321 Liste des armes enlevées lors de la prise du château de Hesdin.Dehaisnes, Documents..., p. 236. 1366 Inventaire de l’artillerie de la ville de Lille.de La Fons-Melicocq, De l'artillerie de la ville de Lill...

Avant d’aborder l’étude de l’industrie armurière dans les anciennes principautés belges, il nous paraît fondamental d’étudier l’armement sous l’angle de la demande dont il faisait l’objet dans ces régions et de l’envisager non pas en tant que document archéologique mais comme bien de consommation durable, pour employer la dénomination moderne. Faute de satisfaire à ce préalable, on risquerait de mener une enquête in abstracto dont la portée serait faussée en l’absence de point de référence. L...

Le transport de quelques grosses bombardes dans les états bourguignons au XVe siècle Dans la première moitié du XVe siècle, les grosses bouches à feu n’étaient pas montées sur affût de route mais transportées par chariot ou par bateau jusqu’au lieu d’utilisation et, là, mises en position, généralement par « enfustement » sur un châssis en charpente. Les déplacements se faisaient le plus souvent par route mais aussi par eau dans la mesure du possible. En 1409, les canons achetés à Anvers par l...

Détail des sommes payées à Albrecht de Leeu, haubergeonnier du duc de Brabant, pour divers travaux effectués entre décembre 1406 et le 9 novembre 1408. décembre 1406 au 9 novembre 1408 A. Original : A.G.R., C.C., Recette générale du Brabant, reg. 2394, fos 413 v°-414 ; supplément, au fo 454. Albrecht, pansiermaker, wonende in der stad van Bruessel den welken de rentmeester general voirs., bij beveele ende ordonnancie van minen voirs. heere, betailt heeft die somme van XXI L XVII s, XL grs. vl...

Liste sélective d’inventaires privés d’équipement militaires (xiiie — xve siècle) 1228 Testament de Michel Wichmar, bourgeois de Bruxelles.G. Des Marez, L'organisation du travail à Bruxelles, p. 187 n. 1244 Testament de Baudouin III, Comte de Guines, Seigneur D’Ardres,Chatelain De Bourbourg.Taillar, Recueil..., pp. 116-117. 1267 Testament de Clémence le Faitice, bourgeois de Tournai.E. J. Soil de Moriame, Armes et armuriers tournaisiens..., p. 94. 1272 Testament de Gilles, Sire de Pas-en-Arto...

1. — La main-d’œuvre A. — Entre Vulcain et Prométhée. C’est chose vaine que de vouloir apprécier l’importance de l’artisan armurier au Moyen Age, en se plaçant sur un plan étroitement technologique ou social. Son rôle ne peut se mesurer uniquement en fonction de ces critères. Il possède une autre dimension qui le classe nécessairement hors de pair dans le monde pré-industriel : c’est le prestige qui entoure la pratique de son art mystérieux, dans un contexte de connaissances empiriques, donc ...

Enquête menée sur ordre du régent de France, Henri V d’Angleterre, à propos de l’état et du coût des fournitures d’armes négociables sur la place de Paris et en d’autres lieux, dans l’immédiat ou à court terme. (а) Questionnaire, avec réponses sous forme d’annotations marginales, à l’usage du Grand Maître des arbalétriers de France. (b) Résultats de l’enquête particulière menée auprès des armuriers parisiens pour répondre au questionnaire (a). (début 1421 ou début 1422) A. Original (?) du que...

Cette étude avait un double but : combler une lacune aussi bien dans l’historiographie concernant le passé industriel et commercial des principautés belges que dans celle relative à l’économie de l’armement ancien en Europe. Quelques données éparses, recueillies au cours de recherches préalables tant dans les ouvrages spécialisés que dans les sources, nous avaient amené à considérer, comme hypothèse de travail, l’existence d’une activité armurière très prospère dans les Pays-Bas du Sud au Moy...

A ma femme, à mes parents, je dédie ce livre.

L’étude des centres de production de l’armement aux Pays-Bas appelle une remarque méthodologique préalable (voir la carte à la fin de ce chapitre). Déjà, Henri Laurent l’avait formulée à propos des villes drapantes. En effet, pas plus que l'historien des tisserands, celui des armuriers de nos régions ne dispose de documents découlant de la pratique de la profession car aucune archive d’entreprise privée, industrielle ou commerciale, des compagnons en saint Eloi n’est parvenue jusqu’à nous pou...

L’intérêt pour les armes anciennes naquit du sentiment plus que de la raison. Les princes qui, les premiers, les collectionnèrent, le firent par gloriole et pour s’entourer des souvenirs de leur lignée. Le public, qui eut accès aux galeries d’armures dès le XVIIIe siècle, obéissait à l’attrait romantique pour le pittoresque et le suranné alors même que les progrès techniques commençaient à balayer, en matière militaire comme dans d’autres, un passé encore proche. Les érudits enfin, qui entrep...

Due to their excellent mechanical properties at temperatures up to 700°C, polycrystalline nickel-based superalloys are widely used in aero-engine turbine (or compressor) disk manufacturing. These alloys are usually processed following the conventional “cast-and-wrought” route. During this route, the cast ingot goes through a first series of forging operations which is named “conversion”. The goals of the conversion are to homogenize and refine the microstructure. It leads to a semi-finished product called billet. Then, the billet is forged again to obtain a draft of the final part. Yet, for the γ-γʹ nickel-based superalloys with high contents in alloying elements, it is common that the conversion process does not succeed in fully homogenizing the microstructure. Such is the case of the alloy AD730TM which has been recently developed by the Aubert&Duval Company. Indeed, AD730TM billets show both recrystallized equiaxed areas and characteristic recovered areas. The objective of the current PhD thesis is to understand how such microstructural heterogeneities can disappear during the last forging operations which lead to the final microstructure. First, the microstructural heterogeneities found in AD730TM billets have been characterized. Then, thermomechanical tests which aimed at simulating a forging process have been performed on billet samples in order to follow the evolutions of each local microstructure. The static (during thermal treatments) and dynamic (during deformation) evolutions of both equiaxed and recovered areas have been characterized using scanning electron microscopy, EBSD and EDS. A special attention has been paid to the influence of the γʹ precipitates on those evolutions. In particular, a specific interaction between a recrystallization front and γʹ precipitates have been studied in detail. This interaction, which has been weakly reported in literature so far, produces γʹ precipitates with either an imperfect twin orientation relationship to the matrix or an imperfect cube-cube orientation relationship to the matrix.; Du fait de leurs très bonnes propriétés mécaniques jusqu’à des températures approchant les 700°C, les superalliages base nickel polycristallins sont utilisés pour la fabrication de disques de turbine (ou compresseur) de moteur d’avion. La voie conventionnelle pour l’élaboration et la mise en forme de ces alliages est la voie dite «coulé-forgé». Ainsi, une première série de forgeages, appelée conversion, est appliquée au lingot coulé afin d’homogénéiser et de raffiner la microstructure. Elle aboutit à un demi-produit appelé billette qui est ensuite forgée/matricée à son tour pour obtenir l’ébauche de la pièce finale. Pour les superalliages γ-γʹ avec de hautes teneurs en éléments d’alliage, il est courant que l’étape de conversion ne soit pas suffisamment efficace pour complètement homogénéiser la microstructure. C’est le cas pour l’alliage AD730TM récemment mis au point par la société Aubert&Duval, dont les billettes présentent des zones de grains équiaxes recristallisés et des plages restaurées caractéristiques. L’objectif de cette thèse est de comprendre comment les hétérogénéités de microstructure peuvent se résorber pendant les dernières étapes de forgeage menant à la microstructure finale. Après avoir caractérisé les hétérogénéités de microstructure présentes dans les billettes d’alliage AD730TM, des essais thermomécaniques simulant un procédé de forgeage ont été appliqués à la billette afin de suivre l’évolution des différentes microstructures locales. Les mécanismes d’évolutions statiques (pendant les traitements thermiques) et dynamiques (pendant la déformation) des zones équiaxes et des plages restaurées ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage, EBSD et EDS. Une attention toute particulière est portée à l’influence des précipités γʹ sur ces évolutions. Notamment, une interaction front de recristallisation-précipités jusque-là très peu reportée dans la littérature et générant des précipités γʹ en quasi relation de macle ou de quasi même orientation que la matrice a été étudiée en détail.

Due to their excellent mechanical properties at temperatures up to 700°C, polycrystalline nickel-based superalloys are widely used in aero-engine turbine (or compressor) disk manufacturing. These alloys are usually processed following the conventional “cast-and-wrought” route. During this route, the cast ingot goes through a first series of forging operations which is named “conversion”. The goals of the conversion are to homogenize and refine the microstructure. It leads to a semi-finished product called billet. Then, the billet is forged again to obtain a draft of the final part. Yet, for the γ-γʹ nickel-based superalloys with high contents in alloying elements, it is common that the conversion process does not succeed in fully homogenizing the microstructure. Such is the case of the alloy AD730TM which has been recently developed by the Aubert&Duval Company. Indeed, AD730TM billets show both recrystallized equiaxed areas and characteristic recovered areas. The objective of the current PhD thesis is to understand how such microstructural heterogeneities can disappear during the last forging operations which lead to the final microstructure. First, the microstructural heterogeneities found in AD730TM billets have been characterized. Then, thermomechanical tests which aimed at simulating a forging process have been performed on billet samples in order to follow the evolutions of each local microstructure. The static (during thermal treatments) and dynamic (during deformation) evolutions of both equiaxed and recovered areas have been characterized using scanning electron microscopy, EBSD and EDS. A special attention has been paid to the influence of the γʹ precipitates on those evolutions. In particular, a specific interaction between a recrystallization front and γʹ precipitates have been studied in detail. This interaction, which has been weakly reported in literature so far, produces γʹ precipitates with either an imperfect twin orientation relationship to the matrix or an imperfect cube-cube orientation relationship to the matrix.; Du fait de leurs très bonnes propriétés mécaniques jusqu’à des températures approchant les 700°C, les superalliages base nickel polycristallins sont utilisés pour la fabrication de disques de turbine (ou compresseur) de moteur d’avion. La voie conventionnelle pour l’élaboration et la mise en forme de ces alliages est la voie dite «coulé-forgé». Ainsi, une première série de forgeages, appelée conversion, est appliquée au lingot coulé afin d’homogénéiser et de raffiner la microstructure. Elle aboutit à un demi-produit appelé billette qui est ensuite forgée/matricée à son tour pour obtenir l’ébauche de la pièce finale. Pour les superalliages γ-γʹ avec de hautes teneurs en éléments d’alliage, il est courant que l’étape de conversion ne soit pas suffisamment efficace pour complètement homogénéiser la microstructure. C’est le cas pour l’alliage AD730TM récemment mis au point par la société Aubert&Duval, dont les billettes présentent des zones de grains équiaxes recristallisés et des plages restaurées caractéristiques. L’objectif de cette thèse est de comprendre comment les hétérogénéités de microstructure peuvent se résorber pendant les dernières étapes de forgeage menant à la microstructure finale. Après avoir caractérisé les hétérogénéités de microstructure présentes dans les billettes d’alliage AD730TM, des essais thermomécaniques simulant un procédé de forgeage ont été appliqués à la billette afin de suivre l’évolution des différentes microstructures locales. Les mécanismes d’évolutions statiques (pendant les traitements thermiques) et dynamiques (pendant la déformation) des zones équiaxes et des plages restaurées ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage, EBSD et EDS. Une attention toute particulière est portée à l’influence des précipités γʹ sur ces évolutions. Notamment, une interaction front de recristallisation-précipités jusque-là très peu reportée dans la littérature et générant des précipités γʹ en quasi relation de macle ou de quasi même orientation que la matrice a été étudiée en détail.

International audience; Dans les billettes en superalliage base nickel AD730 TM , comme dans les autres nuances de la même famille (René 65, Udimet 720), la présence de plages non recristallisées forme des hétérogénéités qui contrastent singulièrement avec la matrice environnante. Ces plages se présentent sous la forme de longs grains restaurés aux caractéristiques microstructurales bien différentes de celles des grains équiaxes situés autour. En particulier, ces grains comportent une précipitation intragranulaire dense et cohérente avec la matrice qui rend leur recristallisation difficile au cours du forgeage.

National audience; Identification of friction data at high temperatures is still a critical point in the optimization of forming processes. The present paper presentsthe Warm and Hot Upsetting Sliding Test (WHUST):a test bench dedicated to the tribology of metal forming processes at high temperature. The friction test operates according to a large range of plastic strains, contact pressures and temperatures. The paper presents the methodology developed in order to simulate on the test bench contact conditions encountered at the tool/workpiece interface of various industrial forming processes. Three designs of experiments are discussed. The first one studies the effects of the composition of graphite based lubricants on friction of hot forging tool. A particular attention is paid on the volume of lubricant used, the size of graphite particles and the amount of binding agents. The second set of experiments quantifies the ability of two white lubricants to reduce friction and to protect tool surface. The first lubricant is a mineral salt; the second one is an organic salt. Tests are performed at 1200°C on AISI 4820 steel specimens, with AISI H11 nitrided steel contactors. Results show that the tested white lubricants lead to coefficient of friction similar to those obtained with graphite lubricants. Nonetheless white lubricants lose their ability to reduce friction as soon as the sliding length becomes greater than 10 mm, while graphite lubricants can undergo 30mm. The last design of experiments is performed to qualify a new sol-gel coating deposited on a common tool steel AISI H13. Tests are operated at 1100°C on AISI 4820 steel specimens. Results show that the sol-g; Les procédés de mises en forme à chaud sont fortement sensibles aux conditions de contact et de frottement. La connaissance de ces conditions de frottement est rendue difficile à cause des températures extrêmes rencontrées dans ce type de procédés (supérieures à 1000°C lors de la mise en forme des aciers). Ce papier présente le banc d’essais tribologiques développé au LAMIH afin de répondre à cette problématique. Le banc d’essais a été conçu de façon à reproduire une large gamme de pressions de contact, de vitesses de glissement et de températures. Dans un premier temps, la méthodologie utilisée afin de simuler des conditions de contact respectueuses de celles rencontrées sur site industrielle est développée. Ensuite, trois campagnes d’essais distinctes sont présentées. La première campagne étudie les effets de la composition des lubrifiants à base de graphite sur les conditions de frottement en forgeage à chaud. Ces premiers résultats montrent que le banc d’essai est suffisamment sensible pour distinguer les propriétés de deux lubrifiants a priori identiques. La deuxième campagne quantifie l'aptitude de deux lubrifiants blancs à réduire le frottement et protéger la surface de l'outil. Le premier lubrifiant blanc est à base de sel minéral, le second à base de sel organique. Les essais sont effectués à 1200 °C sur des échantillons d'acier AISI 4820, avec des frotteurs en acier nitruré AISI H11. Les résultats montrent que les lubrifiants blancs testés conduisent à des coefficients de frottement comparables à ceux mesurés pour les lubrifiants à base de graphite. Toutefois, dans les conditions testées, les lubrifiants blancs perdent leur capacité à réduire le frottement quatre fois plus rapidement que les lubrifiants à base de graphite. La dernière campagne est menée pour qualifier un nouveau revêtement sol-gel déposé sur à outil en acier AISI H13. Les essais sont effectués à 1100 ° C sur des échantillons d'acier AISI 4820. Après chaque essai, les capacités du revêtement à réduire le frottement et à empêcher le transfert de métal des éprouvettes vers l’outil revêtues sont établies. Les résultats montrent que les revêtements sol-gel testés réduisent le frottement et possèdent une bonne aptitude à retarder les transferts de matière, mais imposent des conditions de dépôt qui peuvent nuire à la tenue mécanique de l’outil (chute de la dureté).

National audience; The decrease of the forging temperature would represent a source of significant energy savings for the industries. However, such a modification has inevitably an impact on the process feasibility. This communication reports the scientific strategy developed to tackle this problem applied to a forged part in a copper alloy Cu-Ni-Si.The first stage of this strategy involves the characterization of the effective material and forging process. A fine analysis of these results highlights a strong material-process coupling. Knowing the limits of workability of the material deformed under the conditions encountered in the forming process is necessary to optimize this process. An optimization loop linking a numerical model of the process and a workability study would identify the minimum temperatures allowed for this process.; La baisse des températures de forgeage représenterait une source d’économie d’énergie importante pour les industries. Cependant, une telle modification ne peut être sans conséquence sur la faisabilité d’un procédé. Cette communication présente la stratégie scientifique développée pour répondre à cette problématique appliquée à une pièce forgée en alliage Cu-Ni-Si.La première phase de cette stratégie a consisté à caractériser le matériau et le procédé de forgeage effectifs. L’analyse fine de l’ensemble de ces résultats a démontré l’existence d’un fort couplage matériauprocédé. Pour aller vers l’optimisation du procédé, la connaissance des limites de formabilité du matériau sollicité dans les conditions de forgeage de la pièce est essentielle. Une boucle d’optimisation couplant un modèle numérique du procédé et une étude de formabilité permettrait d’identifier les températures minimales admissibles par le procédé.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L'industrie de la forge utilise de plus en plus la simulation numérique, et notamment le logiciel Eléments Finis Forge®, et ce pour répondre à 3 objectifs principaux: prédire la casse des outillages, prédire la quantité d'énergie nécessaire pour arriver à la mise en forme souhaitée d'une pièce et prédire le chemin thermomécanique adéquat pour obtenir une microstructure finale optimale. Actuellement la simulation numérique permet de bonnes prédictions pour ce qui concerne la mise en forme de matériaux couramment utilisés comme les aciers. Mais pour rester compétitives les forges ne peuvent plus se permettre de forger uniquement des aciers et doivent innover notamment en mettant au point des procédés de forgeage pour des matériaux à haute valeur ajoutée. Or pour la mise en forme de ces nouveaux matériaux à hautes performances, des différences significatives sont observées entre les prédictions obtenues par simulation et les résultats de l'expérimentation. Notamment pour ce qui concerne la prédiction de l'énergie nécessaire à la mise en forme d'une pièce. Cette étude cherche donc à comprendre d'où vient cette disparité entre les résultats numériques et expérimentaux, dans le cas particulier des presses à vis. Pour cela, la première étape est d'abord de bien comprendre le fonctionnement des presses à vis, mais aussi de comprendre le modèle de presse à vis implémenté dans le logiciel Forge. Des résultats expérimentaux d'essais de refoulement dans 2 cas distincts sont ensuite comparés aux résultats obtenus par simulation numérique des mêmes essais. Des différences significatives apparaissent, et la nécessité de la définition de raideur de presse est mise en évidence. Deux méthodes ont été mise en ?uvre pour déterminer la raideur de presse, une théorique et une expérimentale. Pour la méthode expérimentale des outils d'acquisition extérieurs comme une caméra rapide et un système de suivi de points dans l'espace ont été utilisé pour capter le comportement de la presse lors des frappes. Les valeurs des raideurs obtenues sont finalement comparées.

A parallel multigrid method is developed to reduce large computational costs involved by the finite element simulation of 3D metal forming applications. These applications are characterized by a mixed velocity/pressure implicit formulation with a penalty formulation to enforce contact and lead to large deformations, handled by frequent remeshings of unstructured meshes of tetrahedral. The developed multigrid method follows a hybrid approach where the different levels of non-nested meshes are geometrically constructed by mesh coarsening, while the linear systems of the intermediate and coarse levels result from the algebraic approach. A close to linear asymptotical behavior is expected along with parallel efficiency in order to allow simulations with large number of degrees of freedom under reasonable computation times. These objectives lead to a parallel mesh coarsening algorithm and parallel transfer operators allowing fields transfer between the different levels of partitioned meshes. Physical specificities of metal forming applications lead to select a more complex multigrid smoother than those classically used in literature. A direct resolution method is used on the coarsest mesh, in sequential and in parallel computing. The developed multigrid method is used as a preconditioner for a Conjugate Residual algorithm within FORGE NxT software and shows an asymptotical behavior and a parallel efficiency close to optimal. The automatic mesh coarsening algorithm enables compatibility with frequent remeshings and allows the simulation of a forging process from beginning to end with the multigrid method. Computation times are significantly reduced, even on simulations with particular material flows on which the multigrid method is not optimal. This robustness allows, for instance, reducing from 4.5 to 2.5 days the computation of a forging process., Cette thèse porte sur le développement d’une méthode multigrilles parallèle visant à réduire les temps de calculs des simulations éléments finis dans le domaine de la mise en forme de pièces forgées en 3D. Ces applications utilisent une méthode implicite, caractérisées par une formulation mixte en vitesse/pression et une gestion du contact par pénalisation. Elles impliquent de grandes déformations qui rendent nécessaires des remaillages fréquents sur les maillages tétraédriques non structurés utilisés. La méthode multigrilles développée suit une approche hybride, se basant sur une construction géométrique des niveaux grossiers par déraffinement de maillage non emboîtés et sur une construction algébrique des systèmes linéaires intermédiaires et grossiers. Un comportement asymptotique quasi-linéaire et une bonne efficacité parallèle sont attendus afin de permettre la réalisation de simulations à grand nombre de degrés de liberté dans des temps plus raisonnables qu’aujourd’hui. Pour cela, l’algorithme de déraffinement de maillages est compatible avec le calcul parallèle, ainsi que les opérateurs permettant les transferts de champs entre les différents niveaux de maillages partitionnés. Les spécificités des problèmes à traiter ont mené à la sélection d'un lisseur plus complexe que ceux utilisés plus fréquemment dans la littérature. Sur la grille la plus grossière, une méthode de résolution directe est utilisée, en séquentiel comme en calcul parallèle. La méthode multigrilles est utilisée en tant que préconditionneur d’une méthode de résidu conjugué et a été intégrée au logiciel FORGE NxT et montre un comportement asymptotique et une efficacité parallèle proches de l’optimal. Le déraffinement automatique de maillages permet une compatibilité avec les remaillages fréquents et permet à la méthode multigrilles de simuler un procédé du début à la fin. Les temps de calculs sont significativement réduits, même sur des simulations avec des écoulements particuliers, sur lesquelles la méthode multigrilles ne peut être utilisée de manière optimale. Cette robustesse permet, par exemple, de réduire de 4,5 à 2,5 jours le temps de simulation d’un procédé.

Contact wire splices play a leading role in the electric and mechanical integrity of the catenary systems. Most of these parts are made of Cu-Ni-Si alloys and manufactured by a hot forging process. With the aim of increasing the reliability of the railway network, the improvement of their performances and their manufacturing processes is sought. This work is focused on the forming stage of these parts and aims to give a better understanding of the materials-processes couplings for the Cu-Ni-Si alloys.An experimental campaign including compression tests is conducted. It allows the development of a physically-based model to describe the rheological behavior of a Cu-Ni-Si alloy deformed in the temperature range between 800 °C and 950 °C, at strain rates in the range of 0.1 - 10 s−1. It takes into account the work-softening implied by dynamic recovery and dynamic recrystallization. The model thus created is then implemented in a finite element software.A new workability test is proposed. Its purpose is to reproduce the mechanical conditions encountered in a forming process and to determine the critical conditions of workability related to a material. The forging process of a reference part is studied by means of this test. An accurate characterization of the process in terms of strain magnitude and stress field allows the identification of the experimental parameters. The results lead to the identification of a limit temperature of workability below which fractures are predicted in the part.; Les raccords et connexions de caténaires ont un rôle important dans l’intégrité électrique et mécanique des caténaires. Ces pièces sont pour la plupart constituées d’un alliage de cuivre Cu-Ni-Si mis en forme par forgeage à chaud. Dans un contexte de fiabilisation du réseau ferroviaire, l’amélioration de leurs performances et de leurs procédés de fabrication est recherchée. Ces travaux se concentrent sur l’étape de mise en forme de ces pièces, et ont pour objectif de mieux comprendre les couplages matériaux-procédés des alliages Cu-Ni-Si.Une campagne expérimentale de compression est menée. Elle permet de développer un modèle rhéologique à base physique décrivant le comportement d’un alliage Cu-Ni-Si dans les gammes de température 800 - 950 °C et de vitesse de déformation 0.1 - 10 s−1. Il tient compte des phénomènes d’adoucissement par restauration et recristallisation dynamiques. Le modèle ainsi créé est ensuite implémenté dans un logiciel éléments finis.Un nouvel essai de formabilité est proposé. Il permet de reproduire les sollicitations mécaniques rencontrées lors d’un procédé de forgeage et vise à déterminer les conditions limites de formabilité d’un matériau. La mise en forme d’une pièce de référence est étudiée par le biais de cet essai. Sa caractérisation précise en matière de champ de déformations et de contraintes permet d’identifier les paramètres expérimentaux. Les résultats identifient une température limite de forgeage en-deçà de laquelle des fissures sont prédites dans la pièce.

This study is part of the DEFISURF project, with the goal of analysing and modelling the various effects of the surface on the fatigue strength of forged components. Two components are studied: a cold-extruded specimen and a connecting rod which is hot-forged and then cleaned by shot-blasting. For each component, different batches are studied in order to quantify the effects of the process on the mechanical characteristics and the fatigue behaviour. Two different reduction of sections are used for the cold-extruded specimens and shot-peening is used to obtain various surface states for the connecting rods.The various batches are thoroughly characterised and fatigue tests are performed. Traction, torsion and plane-bending tests are conducted on the cold-extruded specimens. Fatigue specimens are machined from the central part of the connecting rods and loaded in plane-bending.For cold-extrusion, the parameters with the most influence in fatigue are the prestrain induced during forging and the residual stresses. In hot-forging, the surface defects produced during forging and the residual stresses induced by the shot-blasting have the most influence.For each component, a fatigue model is suggested. For the cold-extruded specimens, a multiaxial fatigue criterion is used to take into account the various fatigue loadings and the effect of the residual stresses. Two approaches are used for the connecting rods. The first is a geometrical analysis of the defect which approximates them with an ellipsoid. The second approach uses finite element simulations of the critical defects. The shot-peening residual stresses are integrated in the simulations with a multiaxial criterion. These simulations predict the fatigue limit of the specimens with an error of around 15%.; Cette étude fait partie du projet ANR DEFISURF, avec pour objectif d'identifier et de modéliser les divers effets de la surface sur la tenue en fatigue de composants forgés. Deux composants sont étudiés: une éprouvette extrudée à froid et une bielle estampée à chaud et nettoyée de sa calamine par grenaillage (shot-blasting). Pour chaque composant, différents lots sont étudiés afin de quantifier l'effet des procédés sur les caractéristiques mécaniques et sur le comportement en fatigue. Deux taux de corroyage différents sont utilisés pour l'extrusion à froid. Pour les bielles, différents grenaillages sont réalisés pour obtenir divers états de surface.Les différents lots sont caractérisés de façon approfondie et des essais de fatigue sont effectués. Des essais de fatigue en traction, torsion et flexion plane sont réalisés sur les éprouvettes extrudées. Des éprouvettes de fatigue sont prélevées dans l'âme des bielles et sollicitées en flexion plane.En extrusion à froid, les aspects les plus influents en fatigue sont la prédéformation subie lors de la mise en forme (taux de corroyage) et les contraintes résiduelles. En forgeage à chaud, ce sont les défauts de forgeage en surface et les contraintes résiduelles introduites par le grenaillage qui ont le plus d'influence.Une modélisation en fatigue est proposée pour chaque composant. Pour l'extrusion, un critère de fatigue multiaxial permet de prendre en compte les différents types de chargement ainsi que l'effet des contraintes résiduelles. Pour les bielles deux approches sont utilisées. La première est une analyse de la géométrie des défauts qui utilise un demi-ellipsoïde pour approximer leur forme. La deuxième approche est une simulation numérique par éléments finis des défauts critiques. Les contraintes résiduelles sont intégrées dans les simulations avec un critère multiaxial. Les simulations permettent de retrouver les résultats expérimentaux avec une erreur d'environ 15%.

International audience; Les pièces métalliques forgées présentent un fibrage qui leur confère des propriétés mécaniques anisotropes. L'objectif de notre étude consiste à définir la notion de fibrage dans le cadre de la simulation numérique, et à l'utiliser dans l'estimation de la durée de vie de pièces en fatigue. Nous nous focalisons ici sur la fatigue à haut nombre de cycles, et nous traitons les aciers contenant des inclusions malléables supérieures à une taille caractéristique. Un nouveau critère de fatigue multiaxial est proposé, sur la base du critère de Murakami, et a été implémenté dans le logiciel éléments finis FORGE3®. Une variable représentant le fibrage est calculée lors de la simulation de forgeage, puis utilisée lors du calcul de fatigue anisotrope. Les contraintes résiduelles obtenues en fin de forgeage sont elles aussi prises en compte dans notre modèle. Enfin une chaîne de simulation virtuelle, intégrant les simulations de forgeage et de fatigue, est réalisée. Les résultats obtenus montrent que l'on peut améliorer la tenue à la fatigue des pièces forgées en modifiant les conditions de mise en forme, telles que le fibrage initial ou encore la géométrie de la pièce. = Forging of metal components induces grain flow orientation, which gives rise to anisotropic mechanical properties. Our study deals with the definition and the use of this grain flow anisotropy into fatigue life calculation. We have focused on high cycle fatigue, and we deal with steels containing malleable inclusions above a critical size. A new multiaxial criterion has been developed on the basis of the Murakami equation. This criterion has been implemented in the finite element code Forge 3®. This computational tool uses a new variable to represent the grain flow orientation provided by forging simulation to account for subsequent fatigue anisotropic behaviour. Moreover, residual stresses resulting from forging are also taken into account to perform the fatigue calculation. Finally, a virtual simulation chain, including Forging and Fatigue calculation is carried out. The final goal is to improve fatigue properties by modifying forging conditions.

International audience; On introduit deux algorithmes hybrides d'optimisation évolutionnaire basés sur le principe d'approximation du critère en se servant d'un nombre limité d'évaluations exactes de la fonction et de son gradient. Le premier algorithme utilise un ansatz discontinu avec classification de la génération courante. Le second utilise l'interpolation de Liszka-Orkisz et garde mémoire des évaluations exactes des générations précédentes. Ces deux méthodes sont appliquées à un problème 3D d'optimisation de forme en forgeage, avec un critère combinant l'énergie totale de forgeage et une fonction de mesure de défaut. On présente des resultants numériques qui illustrent l'efficacité de ces algorithmes.

Ti-5553 alloy used for landing gear manufacturing has a complex thermomechanical diagram during hot working process which consists of successive forging steps in the single phase β and the two phase α+β regions. For this purpose, in order to optimize theTi-5553 forging process in Messier-Bugatti-Dowty Company, significant development of knowledge of rheology and the microstructural evolution during thermomechanical processing is necessary. The aims of this work are: i) to find out experimentally the rheology, ii) to model the mechanical behavior, and iii) to characterize the microstructural changes during different strain sequences in theα+β and β regions.Uniaxial compression tests were carried out in order to determine the rheology of the Ti-5553 alloy in the single and the two-phase region. The latter provide the behavior of the alloy in the two initial states, “billet” and “as forget”. This information was used to determine the rheological behavior of the material in the temperature range 720 to 990 ˚C, strain rate range 0.001 to 1 s-1 and strains in the range 0.1 to 1.2. A rheological model of the material behavior based on Hansel-Spittle equations was proposed which takes into account the dependence of the flow behavior of the material with strain rate and temperature.Moreover, characterisation methods such as optical, scanning electron microscopies, X-rays and EBSD analyses were used to examine the microstructures in the initial state (undeformed) and the deformed material. These techniques allowed the measurement of alpha and beta grain sizes as well as the texture of the material at different conditions (undeformed and deformed material). The results also indicated that a dynamic α-phase precipitation phenomenon in the material can take place during the hot working process., L’alliage Ti-5553 destiné à la fabrication des trains d’atterrissage suit au cours de sa mise en forme, un schéma thermomécanique assez complexe composé par des étapes de forgeage successives dans les domaines monophasé β et biphasé α+β. Ainsi dans le but de rendre possible l’optimisation de ses gammes de forgeage, un important développement des connaissances sur la rhéologie et sur les évolutions microstructurales au cours du traitement thermomécanique est donc nécessaire pour l’entreprise Messier Bugatti Dowty. L’objectif ici est de déterminer expérimentalement la rhéologie et de modéliser le comportement mécanique ainsi que la caractérisation des microstructures de l’alliage Ti-5553 au cours des séquences de déformations dans les domaines et. La détermination expérimentale de la rhéologie à chaud de l’alliage Ti-5553 a été réalisée d’une part au moyen d’essais de compression uniaxiale dans les domaines biphasé et monophasé, ce qui a permis d’identifier une loi de comportement du matériau dans le domaine pour les deux états "billette" et "pièce forgée", de décrire le comportement rhéologique du Ti-5553 dans les domaines de température, de vitesse et de déformation comprises respectivement entre 720 et 990 °C ; 0,001 et 1 s–1 ; 0,1 et 1,2. C’est ainsi qu’un modèle rhéologique a été proposé, basé sur la Loi de Hansel et Spittle qui prend en compte l’évolution de la contrainte d’écoulement du matériau en fonction de la vitesse de déformation et de la température.Par ailleurs, les analyses microstructurales réalisées en microscopie optique, aux rayon X, au MEB et en EBSD ont permis de caractériser les tailles des grains  et , des textures des états initiaux et de déformés, et de mettre en évidence un phénomène de précipitation dynamique de la phase .

Optimization of turbine discs in superalloy Nickel based durability is a real industrial challenge. The different regions of a wrought Inconel 718 DA superalloy turbine disk may present a wide range of behavior in fatigue life due to the variability of the microstructure. To improve the fatigue dimensioning, it is necessary to understand the relation between the forging parameters, the microstructure and the fatigue behavior. Firstly, the effect of the forging parameters on the microstructure was realized thanks to simulation calculation via Forge2® and experimental forging were realized. Secondly, fatigue tests under strain control conditions were performed at 450°C for all microstructures. Initiation mechanisms and fracture behavior are identified for each microstructure of this superalloy. Grain size and phases distributions were characterized in the specimens and related to fatigue failure initiation modes. The 3D distribution of the Titanium nitrides was also investigated using synchrotron laminography both in terms of size and spatial distribution. Fatigue crack initiation was seen to occur on large grains in stage I for the larger grain material whereas for the material with slightly smaller grains initiation from internal nitrides caused failure via so-called fish-eye cracks. A relation between the microstructure heterogeneities and the durability is established. Indeed, the initiation mechanism, which depends on the grain size distribution compare to the particles size, impacts the durability. The presence of Σ3 boundaries in large grains proves to be harmful.; L'optimisation de la durée de vie des disques de turbines conçus en superalliage à base de nickel, tel que l'Inconel 718 DA, constitue une vraie problématique industrielle. En effet, lors d'essais de fatigue oligocyclique à chaud sur des éprouvettes prélevées sur ces disques, il a été constaté que la durée de vie dépendait de la zone de prélèvement testée. Cette dispersion inattendue des résultats s'avère être un facteur très important d'un point de vue industriel car le dimensionnement des pièces étant conservatif, il est établi à partir des valeurs de durée de vie les plus faibles ce qui conduit à une pénalisation forte en termes de performance du point de vue de la conception. Le but de cette étude est donc d'expliciter la relation entre les paramètres de forgeage, les propriétés microstructurales et donc les durées de vie afin de proposer des pistes pour réduire la dispersion des résultats de fatigue pour optimiser ainsi le dimensionnement des structures. Dans un premier temps, l'étude de l'effet des paramètres de forgeage a été réalisée grâce au logiciel Forge2®. Cette étape a permis de mettre en évidence les paramètres de forgeage influant sur la microstructure et de définir des gammes de forgeage sur des lopins expérimentaux. Les mécanismes d'initiation et les modes d'endommagement ont été identifiés pour chaque microstructure de l'alliage. Il s'avère que, dans le cas des matériaux testés, deux mécanismes d'amorçage sont observés : un amorçage sur particule interne avec formation de « fish-eye » et un amorçage sur grain sub-surfacique. Une corrélation directe avec la microstructure et le domaine de durée de vie a pu être établie. L'effet du rapport entre la queue de distribution de taille de grains et la taille des particules a pu être mis en évidence, ainsi que la nocivité de la présence de joints Σ3 dans des gros grains.

Optimization of turbine discs in superalloy Nickel based durability is a real industrial challenge. The different regions of a wrought Inconel 718 DA superalloy turbine disk may present a wide range of behavior in fatigue life due to the variability of the microstructure. To improve the fatigue dimensioning, it is necessary to understand the relation between the forging parameters, the microstructure and the fatigue behavior. Firstly, the effect of the forging parameters on the microstructure was realized thanks to simulation calculation via Forge2® and experimental forging were realized. Secondly, fatigue tests under strain control conditions were performed at 450°C for all microstructures. Initiation mechanisms and fracture behavior are identified for each microstructure of this superalloy. Grain size and phases distributions were characterized in the specimens and related to fatigue failure initiation modes. The 3D distribution of the Titanium nitrides was also investigated using synchrotron laminography both in terms of size and spatial distribution. Fatigue crack initiation was seen to occur on large grains in stage I for the larger grain material whereas for the material with slightly smaller grains initiation from internal nitrides caused failure via so-called fish-eye cracks. A relation between the microstructure heterogeneities and the durability is established. Indeed, the initiation mechanism, which depends on the grain size distribution compare to the particles size, impacts the durability. The presence of Σ3 boundaries in large grains proves to be harmful.; L'optimisation de la durée de vie des disques de turbines conçus en superalliage à base de nickel, tel que l'Inconel 718 DA, constitue une vraie problématique industrielle. En effet, lors d'essais de fatigue oligocyclique à chaud sur des éprouvettes prélevées sur ces disques, il a été constaté que la durée de vie dépendait de la zone de prélèvement testée. Cette dispersion inattendue des résultats s'avère être un facteur très important d'un point de vue industriel car le dimensionnement des pièces étant conservatif, il est établi à partir des valeurs de durée de vie les plus faibles ce qui conduit à une pénalisation forte en termes de performance du point de vue de la conception. Le but de cette étude est donc d'expliciter la relation entre les paramètres de forgeage, les propriétés microstructurales et donc les durées de vie afin de proposer des pistes pour réduire la dispersion des résultats de fatigue pour optimiser ainsi le dimensionnement des structures. Dans un premier temps, l'étude de l'effet des paramètres de forgeage a été réalisée grâce au logiciel Forge2®. Cette étape a permis de mettre en évidence les paramètres de forgeage influant sur la microstructure et de définir des gammes de forgeage sur des lopins expérimentaux. Les mécanismes d'initiation et les modes d'endommagement ont été identifiés pour chaque microstructure de l'alliage. Il s'avère que, dans le cas des matériaux testés, deux mécanismes d'amorçage sont observés : un amorçage sur particule interne avec formation de « fish-eye » et un amorçage sur grain sub-surfacique. Une corrélation directe avec la microstructure et le domaine de durée de vie a pu être établie. L'effet du rapport entre la queue de distribution de taille de grains et la taille des particules a pu être mis en évidence, ainsi que la nocivité de la présence de joints Σ3 dans des gros grains.

International audience; In South Gaul, the iron craft appears during Protohistory, and its generalization spreads over a long span under continental and Mediterranean influences. Here, we’ll discuss the role the Gallic heritage and the Roman colonization played in the first developments of ironwork industry in mediterranean Gaul by a critical assessment based on the available archaeological documentation. Our reasoning goes from the appearance of the first iron objects in the 8th-7th c. BC to the Roman Empire power, and focuses on four main issues: the importance of iron in the material culture of the different societies, the size of forge activities developed in the settlements, which exploitation strategies of iron ore deposits are used, and finally what networks and trade standards of wholesale iron are developed in the South of Gaul, from Protohistory to the Roman Empire?; En Gaule du Sud, si le travail du fer apparaît durant la Protohistoire, la généralisation de cet artisanat s’étend sur la longue durée sous des influences continentales et méditerranéennes, à l’interface des mondes indigènes et classiques. Il s’agit donc ici de discuter des parts des héritages gaulois et de la colonisation romaine dans le développement des débuts de la métallurgie du fer en Gaule méditerranéenne sous la forme d’un état des lieux critique mené́ à partir de la documentation archéologique disponible. Le raisonnement s’inscrit dans la longue durée, depuis l’apparition des premières pièces ferreuses aux VIIIe-VIIe s. av. J.-C. jusqu’à la domination de l’Empire romain, autour de quatre problématiques complémentaires : quelle est la place du fer dans la culture matérielle des différentes sociétés, quelle est l’ampleur des activités de forge installées dans le tissu de peuplement, quelles sont les stratégies d’exploitation des gisements de minerai de fer adoptées et, enfin, quels sont les réseaux et les standards de commercialisation en gros de ce matériau qui se développent dans le Sud de la Gaule entre la Protohistoire et l’Empire romain ?

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L'intégration des vibrations de basses et hautes fréquences au cours du procédé de formage a déjà montrée de nombreux avantages. Parmi ces contributions, l’amélioration de la qualité de surface des pièces, l’amélioration des caractéristiques du matériau tel que la limite d'élasticité, la ductilité et la résistance à la traction. Le formage assisté par vibration permet aussi la réduction de l’effort grâce à la maitrise du frottement entre la pièce et les matrices. L’objectif de ce travail est d'étudier l’effet de la génération d'une onde progressive dans la matrice inférieure grâce aux déplacements de multi-actionneurs piézoélectriques sur la réduction de la force de forgeage. Dans ce travail, une étude cinématique du mouvement de la matrice assistée par multi-actionneurs piézoélectriques du forgeage est proposée. Pour réaliser ce type de mouvement de la matrice inférieure, certaines revendications pour un mécanisme intégré par multi-actionneurs piézoélectriques sont également discutées. L'impact du mouvement prédéterminé de la matrice sur la réduction de l’effort de forgeage est validé par la méthode des éléments finis. Les résultats confirment l'efficacité de l'onde progressive pour assister le procédé de forgeage.

Finite element simulation of forming processes is now widely recognized as an efficient tool for designing actual forming processes in industry. However, for metal forming processes where the contact area is quite small with respect to the component size, like wire drawing, extrusion and rolling, there is still an extensive need for increasing the accuracy and robustness of the results while decreasing the computational time. In the finite element code FORGE®, the contact model is inappropriate to properly simulate these processes. The specific goal of this work is to develop new techniques for improving contact model. In the first part, an implicit scheme of contact is developed on the basis of the first formulation. This work is divided on two steps. First, a general implicit scheme based on an updating of unilateral contact condition at each Newton-Raphson iteration is implemented. Secondly, a fully implicit formulation of the problem of contact and the smoothing of tool surfaces by using their analytical description specific for ring rolling process is developed. The second part, a smoothing contact procedure is implemented. The smoothing of contact surfaces, which are defined by linear triangles, is based on a higher order quadratic interpolation of the curved surface. This interpolation is derived from the node positions and their normal vectors, as proposed by Nagata. The normal vectors are calculated at each node from the existing discretized surface by considering a patch of surrounding elements using Normal Vector Voting method. The efficiency and reliability of different resulting contact model are assessed on several examples, such as the indentation of a parallelepiped and the drawing of a wire.; Ce travail vise Ce travail vise à améliorer la performance du code éléments finis FORGE®. En effet, la modélisation du contact dans ce code s'avère insatisfaisante pour simuler les procédés de mise en forme des matériaux à faible zone de contact. On présente dans ce mémoire les développements qui ont été réalisés pour améliorer le modèle de contact existant. Dans la première partie, partant de ce modèle, on s'intéresse à un problème spécifique qui est le procédé de laminage circulaire. Un nouveau modèle de traitement du contact dédié à ce procédé est développé. Il repose sur un schéma de réactualisation temporelle en coordonnées cylindriques, une formulation implicite et une description analytique des obstacles. La condition de contact incrémentale est alors imposée exactement en fin d'incrément. On valide ces développements sur plusieurs cas de procédé de laminage circulaire où l'on montre l'apport du nouvel algorithme en terme de précision de gestion de contact et aussi en terme d'amélioration des résultats de simulation et des temps de calcul. Dans la deuxième partie, on a généralisé cette approche à l'ensemble des procédés à faible zone pour lesquels une représentation analytique des outils n'est pas possible. On a développé alors un modèle implicite général basé sur la réactualisation de la condition de contact au cours des itérations de Newton-Raphson. Cette méthode permet de tenir compte exactement de l'évolution de la position relative de la pièce et de l'outil. Ensuite, on généralise le lissage des outils à des pièces de géométrie plus complexes. On étudie alors l'influence de la discrétisation de l'outil sur la précision de la simulation des procédés de mise en forme et particulièrement pour des procédés à faible zone de contact. Une méthode d'interpolation quadratique proposée par Nagata est alors implémentée pour le lissage de la surface des outils discrétisés par des éléments plans. La nouvelle surface interpolée est déterminée d'une façon locale à partir seulement de la position des nœuds et des normales nodales. Ces normales sont calculées à partir des normales aux facettes entourant le nœud considéré en utilisant la méthode des normales votées. L'efficacité de cette méthode combinée à schéma d'intégration implicite est testée pour plusieurs procédés de mise en forme.

Cet article est basé sur l'exposé présenté lors des Journées annuelles de la SF2M, JA 2010, Paris, 22-24 juin 2010. La publication originale est disponible sur le site http://www.revue-metallurgie.org; International audience; Les pièces de forge sont universellement reconnues pour leurs bonnes propriétés mécaniques, notamment en fatigue. L'approche proposée ici consiste à intégrer la simulation du forgeage dans le dimensionnement en fatigue des pièces forgées. Le fibrage et le taux de corroyage sont deux caractéristiques principales du forgeage. À l'aide du logiciel FORGE®, le fibrage est calculé tout au long des opérations de mise en forme. Ce fibrage, ainsi que les contraintes résiduelles, sont ensuite introduits dans des outils de dimensionnement pour améliorer la prédiction du calcul de durée de vie en fatigue. Les critères de fatigue actuels, basés sur des modèles isotropes, ne permettent pas de valoriser le sens long de ce fibrage, et par là les pièces de forge, car c'est en général dans ce sens que ces pièces sont le plus sollicitées. Une extension anisotrope du modèle de Papadopoulos est proposée sur la base d'une campagne expérimentale effectuée sur des éprouvettes prélevées à 0°, 45° et 90° par rapport à la direction de fibrage. Une modélisation à l'échelle micro (DIGIMICRO) permet également de mieux comprendre le rôle des inclusions sur les sollicitations en fatigue. La mise en place d'une chaîne de simulation virtuelle globale à l'échelle d'un composant industriel, associée à des modélisations microstructurales, permet de mieux comprendre et de quantifier le rôle du fibrage sur les propriétés en fatigue à grand nombre de cycles des pièces forgées = Forged components are recognized for their good mechanical strength and fatigue properties. The methodology presented here consists in improving fatigue analyses of forged components by accounting for the forging simulation stage. Kneading rate and grain flow orientation are two consequences of the forging process. Using the FORGE® software, grain flow orientation is computed all along the forming process simulation. This grain flow orientation, as well as residual stresses, are then used as input data to enhance the fatigue analysis. Usual isotropic fatigue criteria are usually unable to demonstrate the higher fatigue properties of forged components along the grain flow orientation. An anisotropic extension of the Papadopoulos fatigue criterion is defined here. This extension is based on experimental fatigue results obtained on samples extracted at 0°, 45° and 90° with respect to the grain flow orientation. A numerical modelling is performed at the microscale using the DIGIMICRO software. These simulations give a better understanding on the influence of elongated particles and cluster of particles on high cycle fatigue mechanisms. A virtual simulation chain is set-up to work on real industrial components. This simulation chain, together with microscale numerical modelling demonstrate the positive influence of the grain flow orientation of forged components on high cycle fatigue properties of industrial parts.

National audience; Cet article décrit l'effet de la discrétisation de l'outil sur la précision de la simulation des procédés de mise en forme et particulièrement pour des procédés à faible zone de contact. Une méthode d'interpolation quadratique proposée par Nagata est alors implémentée pour le lissage de la surface des outils discrétisés par des éléments plans. La nouvelle surface interpolée s'approche de la surface réelle. Elle est déterminée d'une façon locale à partir seulement de la position des nœuds et des normales nodales. Ces normales sont calculées à partir des normales aux facettes entourant le nœud considéré en utilisant la méthode des normales votées. L'efficacité de cette méthode est testée pour plusieurs procédés de mise en forme.See http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/59/27/18/ANNEX/r_X1GF260Q.pdf

The aim of our work is to reduce the computational time of multiphysical incremental processes, while maintaining accurate history of the calculation and taking into consideration the multiphysical aspect. We choose the MultiMesh MultiPhysics method (MMMP). The principle of the method consists on using for each physic a specific mesh which is called Computational Mesh that takes into consideration the characteristics of this physic. Besides the Computational Meshes we consider a Reference Mesh that we use to store results. Since the main application of our thesis is the cogging process which is a thermomechanical coupled process, we apply the MMMP method to this process by considering two meshes : a Mechanical Mesh for the mechanical calculation and another one for the thermal calculation, which serves simultaneously as a Reference Mesh. The particularity of the cogging process is that the plastic deformation is localized in the contact zone with the tools and out of this zone the deformation is negligible. Based on this particularity we generate the Mechanical Mesh : it is divided into two zones, the first one is the deformation zone which has a fine mesh size while the second one is the rest of the mesh, it is called the weak deformation zone and it has a mesh size equal to the double of the fine mesh size. To improve the quality of the data transfer that we perform using the inverse interpolation method, we use three techniques : The first one consists on blocking the deformation zone which means that we have exactly the same nodes and elements on the Reference Mesh and the Mechanical Mesh. The second one is to coarsen the weak deformation zone by a nodes nested coarsening which means that the coarsening is done by eliminating nodes without adding nodes or moving the existing ones. The third, concerns the 0 P variables such as generalized deformation, it consists on recalculating these variables on the Reference Mesh instead of transferring them. The high cost of the data transfer is reduced to less than 1% by a technique of transfer without-relocalization which is based on performing the localization of the arrival mesh in the departure mesh, only at the first increment and using this localization for the remaining increments. The partitioning of the Mechanical Mesh is made independently of the Reference Mesh, which improves the parallel efficiency of the method. The MMMP acceleration is excellent, it varies between 4 and 18 depending on the number of degrees of freedom, the number of increments and the configuration of calculation. In parallel computation, it drops a bit as the Mechanical Mesh of the MultiMesh calculation has less degrees of freedom from the mesh of the MonoMesh calculation, however, the method continues to offer accelerations even on a very large number of processors.; L'objectif de notre travail est de réduire le temps de calcul des procédés multiphysiques incrémentaux, tout en conservant avec précision l'histoire du calcul et en prenant en compte l'aspect multiphysique. Notre choix est tombé sur la méthode MultiMaillages MultiPhysiques (MMMP). Le principe de la méthode consiste à utiliser pour chaque physique un Maillage de Calcul qui lui est optimal, et à considérer un Maillage Référence pour le stockage des résultats. Étant donné que l'application principale de notre travail de thèse est le procédé de martelage qui est un procédé couplé thermomécaniquement, on a appliqué la méthode MMMP à ce procédé en considérant 2 maillages : un maillage pour le calcul mécanique et un autre pour le calcul thermique que l'on a aussi utilisé comme Maillage Référence. La particularité du procédé de martelage est que la déformation plastique est localisée dans la zone de contact avec les outils, et à l'extérieure de cette zone la déformation est négligeable. Le maillage Mécanique est généré en se basant sur cette particularité : il est divisé en deux zones, une zone qui a une taille de mailles fine, c'est la zone de déformation (zone de contact avec les outils) et une autre, constituée par le reste du maillage c'est-à-dire là où il ne se passe presque rien ; dans cette zone on a considéré une taille déraffinée égale à deux fois la taille fine. Pour améliorer la qualité du transport qui est fait par la méthode d'interpolation inverse on a utilisé trois techniques : la première consiste à grader la zone de déformation dans le Maillage Mécanique telle qu'elle est dans le Maillage Référence, la deuxième consiste à déraffiner la zone de faible déformation par un déraffinement emboîté par nœuds, c'est à dire en éliminant des nœuds sons ajouter ou bouger les nœuds existants et la troisième concerne les variables élémentaires telles que la déformation généralisée et consiste à ne pas transporter cette variable mais à la recalculer sur le maillage d'arrivée à partir de la vitesse. Le coût élevé du transport est réduit à moins de 1 % du temps total par une technique de transport sans relocalisation qui consiste à faire la localisation du maillage d'arrivée dans le maillage de départ uniquement au premier incrément et utiliser cette localisation pour les autres incréments. Le partitionnement du Maillage Mécanique est fait indépendamment du Maillage Référence, ce qui améliore l'efficacité parallèle de la méthode. L'accélération MMMP est excellente, elle varie entre 4 et 18 en fonction du nombre de degrés de liberté, du nombre d'incréments et de la configuration de calcul. En parallèle elle chute un peu puisque le Maillage Mécanique du calcul Multimaillage a moins de degrés de liberté que le Maillage du calcul Monomaillage, cependant la méthode continue à nous offrir des accélérations même sur un très grand nombre de processeurs.

The aim of our work is to reduce the computational time of multiphysical incremental processes, while maintaining accurate history of the calculation and taking into consideration the multiphysical aspect. We choose the MultiMesh MultiPhysics method (MMMP). The principle of the method consists on using for each physic a specific mesh which is called Computational Mesh that takes into consideration the characteristics of this physic. Besides the Computational Meshes we consider a Reference Mesh that we use to store results. Since the main application of our thesis is the cogging process which is a thermomechanical coupled process, we apply the MMMP method to this process by considering two meshes : a Mechanical Mesh for the mechanical calculation and another one for the thermal calculation, which serves simultaneously as a Reference Mesh. The particularity of the cogging process is that the plastic deformation is localized in the contact zone with the tools and out of this zone the deformation is negligible. Based on this particularity we generate the Mechanical Mesh : it is divided into two zones, the first one is the deformation zone which has a fine mesh size while the second one is the rest of the mesh, it is called the weak deformation zone and it has a mesh size equal to the double of the fine mesh size. To improve the quality of the data transfer that we perform using the inverse interpolation method, we use three techniques : The first one consists on blocking the deformation zone which means that we have exactly the same nodes and elements on the Reference Mesh and the Mechanical Mesh. The second one is to coarsen the weak deformation zone by a nodes nested coarsening which means that the coarsening is done by eliminating nodes without adding nodes or moving the existing ones. The third, concerns the 0 P variables such as generalized deformation, it consists on recalculating these variables on the Reference Mesh instead of transferring them. The high cost of the data transfer is reduced to less than 1% by a technique of transfer without-relocalization which is based on performing the localization of the arrival mesh in the departure mesh, only at the first increment and using this localization for the remaining increments. The partitioning of the Mechanical Mesh is made independently of the Reference Mesh, which improves the parallel efficiency of the method. The MMMP acceleration is excellent, it varies between 4 and 18 depending on the number of degrees of freedom, the number of increments and the configuration of calculation. In parallel computation, it drops a bit as the Mechanical Mesh of the MultiMesh calculation has less degrees of freedom from the mesh of the MonoMesh calculation, however, the method continues to offer accelerations even on a very large number of processors.; L'objectif de notre travail est de réduire le temps de calcul des procédés multiphysiques incrémentaux, tout en conservant avec précision l'histoire du calcul et en prenant en compte l'aspect multiphysique. Notre choix est tombé sur la méthode MultiMaillages MultiPhysiques (MMMP). Le principe de la méthode consiste à utiliser pour chaque physique un Maillage de Calcul qui lui est optimal, et à considérer un Maillage Référence pour le stockage des résultats. Étant donné que l'application principale de notre travail de thèse est le procédé de martelage qui est un procédé couplé thermomécaniquement, on a appliqué la méthode MMMP à ce procédé en considérant 2 maillages : un maillage pour le calcul mécanique et un autre pour le calcul thermique que l'on a aussi utilisé comme Maillage Référence. La particularité du procédé de martelage est que la déformation plastique est localisée dans la zone de contact avec les outils, et à l'extérieure de cette zone la déformation est négligeable. Le maillage Mécanique est généré en se basant sur cette particularité : il est divisé en deux zones, une zone qui a une taille de mailles fine, c'est la zone de déformation (zone de contact avec les outils) et une autre, constituée par le reste du maillage c'est-à-dire là où il ne se passe presque rien ; dans cette zone on a considéré une taille déraffinée égale à deux fois la taille fine. Pour améliorer la qualité du transport qui est fait par la méthode d'interpolation inverse on a utilisé trois techniques : la première consiste à grader la zone de déformation dans le Maillage Mécanique telle qu'elle est dans le Maillage Référence, la deuxième consiste à déraffiner la zone de faible déformation par un déraffinement emboîté par nœuds, c'est à dire en éliminant des nœuds sons ajouter ou bouger les nœuds existants et la troisième concerne les variables élémentaires telles que la déformation généralisée et consiste à ne pas transporter cette variable mais à la recalculer sur le maillage d'arrivée à partir de la vitesse. Le coût élevé du transport est réduit à moins de 1 % du temps total par une technique de transport sans relocalisation qui consiste à faire la localisation du maillage d'arrivée dans le maillage de départ uniquement au premier incrément et utiliser cette localisation pour les autres incréments. Le partitionnement du Maillage Mécanique est fait indépendamment du Maillage Référence, ce qui améliore l'efficacité parallèle de la méthode. L'accélération MMMP est excellente, elle varie entre 4 et 18 en fonction du nombre de degrés de liberté, du nombre d'incréments et de la configuration de calcul. En parallèle elle chute un peu puisque le Maillage Mécanique du calcul Multimaillage a moins de degrés de liberté que le Maillage du calcul Monomaillage, cependant la méthode continue à nous offrir des accélérations même sur un très grand nombre de processeurs.

International audience; L'objectif de cette étude est de proposer un critère de fatigue anisotrope pour le dimensionnement en fatigue de pièces industrielles forgées. Des résultats de différentes campagnes d'essais obtenus sur 3 nuances d'acier laminés sont tout d'abord présentés. Une attention particulière est portée à l'observation et à l'analyse des mécanismes d'amorçage à l'origine du comportement anisotrope en fatigue. Un critère de fatigue probabiliste permettant de tenir compte de la compétition possible entre différents types de mécanismes d'amorçage est ensuite développé. Ce critère permet notamment de tracer un diagramme de type Kitagawa probabiliste.

The work presented concerns the modelling of piezoelectric actuators used as a generator of mechanical vibrations for assistance in shaping bulk materials. The multilayer actuator is set in clamped-free mode and only the direction of longitudinal displacement is considered in the context of this research. The modelling is based on the application of Hamilton principle to establish the equations of motion of the global system. The analytic approach uses a modal composition to solve the equations of operation of the piezoelectric actuator. A transfer function of Multiple-Input Multi-Output (MIMO) systems permits the analysis of the responses in time and frequency domains. The difficulty of the analytical model is to recalculate all the modal data when the boundary conditions are changed. A finite element approach placed along the longitudinal direction of the actuator is also developed. Compared to the analytical model, a study of the accuracy of finite element model function of the number of elements is performed. The two models developed are then coupled to a simplified analytical model of the forging process based on viscoplastic laws in order to model the entire process subject to mechanical vibrations. The main advantage of this model lies in the ability to analyze and optimize the entire process actuator. A comparison between the finite element simulations under Forge2008®, the coupling model and experimental tests is presented. During testing, the piezoelectric actuator fed by Pulse Width Modulated voltage inverter vibrates the lower die at amplitudes ranging from 0 to 80 um and frequencies between 10 and 130Hz. The comparison of experimental results and simulations in the case of upsetting process is encouraging. The modelling of the behaviours of the experimental device constitutes a basic element of a future design tool of vibrating mechanical devices, Le travail présenté concerne la modélisation d'actionneurs piézoélectriques utilisés comme générateur de vibrations mécaniques pour l'assistance à la mise en forme de matériaux massifs. L'actionneur multicouche est monté en mode encastré-libre et seule la direction de déplacement longitudinale est considérée dans le cadre de ces travaux de recherche. La modélisation est fondée sur l'application du principe d'Hamilton pour établir les équations du mouvement du système global. L'approche analytique utilise une décomposition modale pour résoudre les équations de fonctionnement de l'actionneur piézoélectrique. Un modèle de type fonction de transfert entrées-sorties permet l'analyse des réponses dans les domaines temporel et fréquentiel. La difficulté du modèle analytique est de recalculer toutes les données modales dés que les conditions aux limites sont modifiées. Une approche par éléments finis placés selon la direction longitudinale de l'actionneur est également développée. Par comparaison au modèle analytique, une étude de la précision de modèle par éléments finis fonction du nombre d'éléments est effectuée. Les deux modèles développés sont ensuite couplés à un modèle analytique simplifié du procédé de forgeage basé sur des lois viscoplastiques afin de modéliser l'ensemble du procédé soumis à des vibrations mécaniques. Le principal avantage de ce modèle tient en la possibilité d'analyser et d'optimiser l'ensemble actionneur-procédé.Une comparaison entre les simulations par éléments finis sous Forge2008®, le modèle de couplage et les essais expérimentaux est présentée. Lors des essais, l'actionneur piézoélectrique alimenté par un onduleur de tension commandé en modulation à largeur d'impulsion fait vibrer la matrice inférieure à des amplitudes allant de 0 à et 80 um des fréquences entre 10 et 130Hz. La comparaison des résultats expérimentaux et des simulations dans le cas d'un écrasement plan est encourageante. La modélisation du comportement du dispositif expérimental constitue un élément de base d'un futur outil de conception des dispositifs mécaniques vibrants

The work presented concerns the modelling of piezoelectric actuators used as a generator of mechanical vibrations for assistance in shaping bulk materials. The multilayer actuator is set in clamped-free mode and only the direction of longitudinal displacement is considered in the context of this research. The modelling is based on the application of Hamilton principle to establish the equations of motion of the global system. The analytic approach uses a modal composition to solve the equations of operation of the piezoelectric actuator. A transfer function of Multiple-Input Multi-Output (MIMO) systems permits the analysis of the responses in time and frequency domains. The difficulty of the analytical model is to recalculate all the modal data when the boundary conditions are changed. A finite element approach placed along the longitudinal direction of the actuator is also developed. Compared to the analytical model, a study of the accuracy of finite element model function of the number of elements is performed. The two models developed are then coupled to a simplified analytical model of the forging process based on viscoplastic laws in order to model the entire process subject to mechanical vibrations. The main advantage of this model lies in the ability to analyze and optimize the entire process actuator. A comparison between the finite element simulations under Forge2008®, the coupling model and experimental tests is presented. During testing, the piezoelectric actuator fed by Pulse Width Modulated voltage inverter vibrates the lower die at amplitudes ranging from 0 to 80 um and frequencies between 10 and 130Hz. The comparison of experimental results and simulations in the case of upsetting process is encouraging. The modelling of the behaviours of the experimental device constitutes a basic element of a future design tool of vibrating mechanical devices, Le travail présenté concerne la modélisation d'actionneurs piézoélectriques utilisés comme générateur de vibrations mécaniques pour l'assistance à la mise en forme de matériaux massifs. L'actionneur multicouche est monté en mode encastré-libre et seule la direction de déplacement longitudinale est considérée dans le cadre de ces travaux de recherche. La modélisation est fondée sur l'application du principe d'Hamilton pour établir les équations du mouvement du système global. L'approche analytique utilise une décomposition modale pour résoudre les équations de fonctionnement de l'actionneur piézoélectrique. Un modèle de type fonction de transfert entrées-sorties permet l'analyse des réponses dans les domaines temporel et fréquentiel. La difficulté du modèle analytique est de recalculer toutes les données modales dés que les conditions aux limites sont modifiées. Une approche par éléments finis placés selon la direction longitudinale de l'actionneur est également développée. Par comparaison au modèle analytique, une étude de la précision de modèle par éléments finis fonction du nombre d'éléments est effectuée. Les deux modèles développés sont ensuite couplés à un modèle analytique simplifié du procédé de forgeage basé sur des lois viscoplastiques afin de modéliser l'ensemble du procédé soumis à des vibrations mécaniques. Le principal avantage de ce modèle tient en la possibilité d'analyser et d'optimiser l'ensemble actionneur-procédé.Une comparaison entre les simulations par éléments finis sous Forge2008®, le modèle de couplage et les essais expérimentaux est présentée. Lors des essais, l'actionneur piézoélectrique alimenté par un onduleur de tension commandé en modulation à largeur d'impulsion fait vibrer la matrice inférieure à des amplitudes allant de 0 à et 80 um des fréquences entre 10 et 130Hz. La comparaison des résultats expérimentaux et des simulations dans le cas d'un écrasement plan est encourageante. La modélisation du comportement du dispositif expérimental constitue un élément de base d'un futur outil de conception des dispositifs mécaniques vibrants

This study is including on an ANR project concerning the fatigue behavior of forged components. On the one hand, it aims to understand the effects of microstructural heterogeneities resulting from the process operation on the damage mechanisms in fatigue. On the other and, it aims to propose an anisotropic fatigue criterion adapted to forged mechanical components. In a first part, the analysis of the effects of the plastic deformation process (forging and rolling) on the fatigue strength is studied. From various fatigue tests, the anistropic fatigue behaviour of various steel is characterized. The damage mechanism in fatigue, the effects of the microstructure and the inclusions contents are particularly analyzed. Self-heating tests are also carried out in order to test the use of this fast method on anisotropic fatigue steel. A probabilistic fatigue criterion is proposed. Based on the weakest link theory, it permits to express in a simple way the possible competition between various types of mechanism. The criterion obtained is adapted for materials containing or not defects and leads to a Kitagawa type diagram and explain the anisotropy in the material. Thanks to this new criterion, microstructural parameters from the forming operation can be integrated in the calculation in fatigue. An optimimization of the forged of the perform of the component or parameters process can consequently considered.; Cette étude qui s'inscrit dans le cadre d'un projet ANR traitant du comportement en fatigue des pièces forgées a pour objectif, d'une part, de comprendre les effets des hétérogénéités microstructurales issues de la phase de mise en œuvre sur les mécanismes d'endommagement en fatigue, et d'autre part, de proposer un critère d'endurance anisotrope adapté à la spécificité des composants mécaniques forgés. Dans une première partie, l'analyse des effets des procédés de déformation plastique (forgeage et laminage) sur la tenue en fatigue des composants métalliques obtenus est abordée. A partir de différentes campagnes d'essai, le comportement anisotrope en Fatigue à Grand Nombre de Cycles (FGNC) de différents aciers est caractérisé. Une attention particulière est portée à la description et à l'analyse des mécanismes d'endommagement en FGNC. Les effets de la microstructure et du contenu inclusionnaire sur les mécanismes d'endommagement sont particulièrement analysés. Des essais d'auto-échauffement sont également menés afin de tester l'utilisation de ces méthodes de caractérisation des propriétés en fatigue dites rapides dans le cas d'acier dont le comportement en fatigue est anisotrope. Un critère de fatigue probabiliste anisotrope est ensuite proposé. Basé sur l'hypothèse du maillon le plus faible, il permet d'exprimer de façon simple la compétition possible entre différents types de mécanismes. Le critère obtenu est adapté pour les matériaux contenant ou non des défauts et les prévisions peuvent être entre autres illustrées par le tracé d'un diagramme de Kitagawa probabiliste. Grâce à ce nouveau critère, des paramètres microstructuraux issus de l'opération de mise en forme peuvent être intégrés dans le calcul de dimensionnement en fatigue. Une optimisation de la préforme du composant ou des paramètres de mise en forme peut dès lors être envisagée.

This works deals with the correlations between the thermomechanical process, the microstructure and the permeability to ultrasonic waves of the Udimet 720 superalloy. The first approach is experimental and concerns the influence of the thermomechanical parameters (temperature, strain rate and deformation ratio) on the microstructure evolution. In particular, this study focuses on the identification of recrystallization mechanisms. In parallel, a mesoscopic crystalline modelling of deformation implemented in a finite element code coupled to a recrystallization Cellular Automaton code has been developed and applied to forging processes. The model predicts the evolution of different experimental microstructures as a function of thermomechanical parameters.The last part deals with the identification of unfavorable parameters of the microstructure on the ultrasonic permeation. Moreover a modeling of the ultrasounds propagation in a polycrystalline material is proposed to quantify the effects of the average grain size and the grain misorientation distribution.; Les objectifs de cette thèse sont d’établir les corrélations entre l’histoire thermomécanique, la microstructure et la perméabilité aux ultrasons de l’Udimet 720.La première approche est expérimentale et concerne l’étude de l’influence des paramètres thermomécaniques de mise en forme (température, vitesse de déformation et taux de déformation) sur l’évolution microstructurale, et l’identification des mécanismes de recristallisation associés. En parallèle, une modélisation mésoscopique du forgeage a été développée en couplant un modèle cristallin de déformation de type éléments finis et un modèle de recristallisation basé sur la méthode des automates cellulaires, afin de prévoir l’évolution microstructurale en fonction de la microstructure initiale et des conditions thermomécaniques.Une dernière partie traite de l’identification des paramètres microstructuraux néfastes à la perméabilité aux ultrasons, et de la modélisation de la propagation des ultrasons dans un matériau polycristallin pour quantifier l’influence des désorientations et de la taille des grains.

During a forging process, components undergo complex large strains. As a consequence, the microscopic is not homogeneous and the macroscopic behavior of the final component is not isotropic; it varies with different loading conditions and directions. The goal of this study is to take into account this anisotropy in high cycle fatigue simulations on industrial components on the basis of forging output. Standard high cycle fatigue criteria predict efficiently the resistance of isotropic components but are not suitable for anisotropic components. The aim is to represent explicitly this anisotropy at a lower scale compared to the process scale and well identified local coefficients needed to simulate a real case. Thus, from stochastic experimental data, a very realistic microstructure can be reconstructed in order to perform high cycle fatigue simulations for different orientations. By this means, the local mechanical anisotropy is included and local parameters, which are needed to optimize back the forging process, can be determined. The link between these data and the process scale is, as a first approximation, the fiber vector and the kneading coefficient, which can later be used to calculate global mechanical anisotropy. The results can be integrated in global optimization loops to determine, for instance, the relevant preform of the component.; Durant le procédé de forgeage, la pièce subit des déformations complexes et importantes. Ainsi, la microstructure finale n'est pas homogène, et le comportement macroscopique du matériau change selon la direction de sollicitation. Ce phénomène, directement lié au procédé mécanique de mise en forme constitue, l'anisotropie du comportement de la pièce forgée. Le but de cette étude est de relier cette anisotropie à des calculs de fatigue à grand nombre de cycles. Pour des pièces suffisamment isotropes (des pièces coulées par exemple), les critères classiques sont de bons prédicteurs, mais leur utilisation pour des pièces forgées n'est pas recommandée. Ainsi, pour tenir compte de cet effet, l'anisotropie est représentée à une échelle d'étude plus petite que celle du procédé : l'échelle mésoscopique c'est à dire l'échelle du grain. A partir des données statistiques obtenues sur la pièce réelle, nous pouvons reconstruire un volume élémentaire digital et lui faire subir des déformations et des analyses en fatigue dans toutes les directions. Ceci afin de déterminer les coefficients locaux dont nous avons besoin pour revenir sur la simulation de la mise en forme et des propriétés induites en fatigue de la pièce forgée. Il s'agit donc d'une étude multi-échelles reliant l'échelle de la microstructure à celle de l'ingénieur. Par ce biais, l'anisotropie mécanique locale est prise en compte à travers des paramètres locaux qui dépendent de l'orientation de la microstructure mais aussi du taux de déformation. Les liens avec la pièce industrielle sont un vecteur fibrage (qui donne l'anisotropie induite par le procédé de forgeage) et un taux de déformation locale subie. Ainsi, les résultats peuvent être utilisées dans l'optique d'optimiser la préforme du composant pour optimiser sa tenue en fatigue.