Modélisation de la consolidation à froid des poudres métalliques et céramiques

Abstract

Ce travail de mémoire a été orienté avec l’objectif principal de modéliser le comportement des poudres en compression en matrice pour élaborer des matériaux granulaires à froid. Après avoir défini, dans le premier chapitre, les différents paramètres physiques influant sur le comportement général des poudres et les micromécanismes intervenant lors de leur densification, nous avons présenté dans le deuxième chapitre les diverses méthodes et techniques expérimentales utilisées pour mesurer ces différents paramètres tels que, la taille et les paramètres de structure globaux. L’étude de la partie expérimentale de ce travail est basée principalement sur des séries d’expériences de consolidation des poudres en matrice à l’aide d’une presse hydraulique MTS 810. Ces expériences ont été réalisées au laboratoire de métallurgie physique de l’université de Poitiers (France). À l’aide d’un programme informatique, nous avons analysé et traité les fichiers de compression relative à trois poudres différentes : la poudre de bronze, la poudre de cuivre et la poudre de verre. La poudre de bronze et la poudre de verre sont de forme sphérique. En revanche, la poudre de cuivre se présente plutôt sous des formes irrégulières. Les effets de la taille et de la forme des grains sur la compressibilité ont été mis en évidence. Nous avons conclu que, quelle que soit la nature ou la forme des grains, la finesse des grains se traduit par une diminution de la compressibilité. À tailles identiques, la différence de compressibilité résulte des différences morphologiques et mécaniques des grains. La dernière partie de ce travail constitue l’objet principal de cette étude. Il s’agirait essentiellement de concevoir un modèle théorique original qui traduirait les transformations microstructurales ainsi que les micromécanismes régissant le comportement des poudres métalliques ou céramiques soumises à une densification à froid en matrice. Une formule mathématique qui pourrait traduire ce processus a été développée. Suite à quoi, un programme informatique spécifique a été mis au point permettant, en effectuant des simulations dans les mêmes conditions opératoires, de traduire le comportement des poudres en compression en matrice. Les résultats obtenus par le modèle ont été confrontés d’une part, aux résultats issus de l’expérimentation et, d’autre part, aux prévisions du modèle de Heckel. Les faibles écarts 55 observés entre les résultats expérimentaux et ceux du modèle sont attribués aux propriétés intrinsèques de la poudre car, le modèle mathématique ne tient pas compte de ces dernières. C’est pourquoi, nous avons pensé à introduire des paramètres ajustables, engendrant implicitement les propriétés physico-chimiques ou mécaniques de la poudre. Les valeurs des paramètres ajustables relatifs à chaque poudre, permettant de reproduire des résultats similaires à ceux de l’expérience, ont été déterminées. Au terme de cette étude et après avoir analysé les divers paramètres intervenant dans les calculs relatifs à la densification en matrice, nous avons dressé un logiciel spécifique qui représente la solution sous forme visible. C’est le « produit fini » de ce travail. À la suite de ce travail, de nombreuses perspectives sont envisageables : En effet, les résultats obtenus dans cette étude préliminaire seront sans doute fort utiles, aussi bien sur le plan théorique que sur le plan expérimental, pour comprendre le comportement particulier de ce milieu complexe constitué de poudres. Quant à la modélisation de la compression en matrice, le thème demanderait à être nécessairement complémenté. Il serait très utile de trouver une corrélation fiable et précise entre les paramètres ajustables et les propriétés physico-chimiques et/ou mécaniques des poudres étudiées. Ce qui permettra d’élaborer des matériaux granulaires à propriétés et à porosité contrôlées.