No description available.

This work is an experimental evaluation of the wear and friction of a high strength alloy steel (super-CMV (SCMV» in its as heat treated and plasma nitrided states under fretting conditions in air, at both ambient and elevated temperatures. In order to conduct the experimental programme, a new test rig and associated data processing and assessment capability was developed. Wearing couples in homogeneous and heterogeneous arrangements were tested to assess the effectiveness of the nitriding process as a fretting palliative-the heterogeneous mating is particularly representative of configurations found in aerospace transmission assemblies. A range of test conditions were examined with a line contact, including normal loads from 25 to 65Nmm-1, displacement amplitudes from 10 to 100 µm and temperatures from 24 to 450°C. At ambient temperatures, the wear behaviour was assessed using an energy-wear analysis, whereupon it was demonstrated that the wear volume was a linear function of the dissipated frictional energy (over the range of loading conditions) with a significant energy threshold before the onset of wear. Accordingly, the fretting wear over the full range of loading conditions could be described by a single wear rate and threshold value. The wear rate for homogeneous couples of nitrided super-CMV (SCMVN) was found to be 12 % lower than that for comparable SCMV pairings, although the lower threshold energy for the SCMVN case would lead to them suffering greater wear at < 2.5 kJ of dissipated energy (in the configuration examined). In heterogeneous couples, the harder SCMVN specimen was found to wear preferentially; while the SCMV specimen suffered severe plastic damage of the surface, a protective oxide debris bed was seen to form, which protected the underlying SCMV from wear and abraded the SCMVN specimen. At elevated temperatures, the tribology (of both SCMV and SCMVN) was dominated by the formation of a glaze-layer. The progressive formation of the glaze, with increasing temperature, led to a critical transition temperature (TT) above which a significant reduction in both the wear and friction of the materials was observed. For SCMV, after only a modest increase in temperature to 85 °C, the overall loss of material from the contact had become negative. At temperatures greater than 85°C, negative wear was maintained, with the coefficient of friction dropping monotonically until a slight minimum at 300°C. The behaviour for the SCMVN couples was very similar; the transition to negative wear occurred at a higher temperature of 150°C but the friction minimum was also found at 300°C. It is proposed that the changes in wear rate and friction coefficient were due to changes in the way that the oxide particles sintered to form a protective debris bed, with sintering of the oxide debris particles at these low temperatures being promoted by the nano-scale at which the oxide debris is formed.

Ce travail de thèse vise à comprendre l’influence de l’état métallurgique de l’austénite γ à haute température sur les mécanismes de transformation de phase dans deux nuances modèles d’acier bas carbone de composition 0.06%C-2.4%Mn-0.3%Si (CMn-1) et 0.2%C-2.4%Mn-0.3%Si (CMn-2). Une campagne de traitements thermiques a permis de réaliser une analyse cristallographique approfondie des produits de transformation en fonction de la taille de grains γ. Suite aux nombreuses microstructures obtenues, les apports et limites de la reconstruction cristallographique de l’austénite à partir des données EBSD sont définis en fonction des microstructures héritées. Des essais de compression à chaud de l’austénite à 800°C (Ar3+100°C) sont ensuite réalisés pour suivre l’évolution des microstructures et microtextures austénitiques en fonction des conditions de déformation pour la nuance CMn-1. Les caractéristiques obtenues par reconstruction cristallographique sont confirmées par une analyse de l’alliage modèle 30%Fe- 70%Ni laminé à chaud. Nous avons mis en évidence de fortes désorientations au voisinage des joints de grains et deux sous-structures caractéristiques de la déformation : des grains déformés de manière homogène par glissement planaire et d’autres contenant des microbandes de déformation. Ces structures dépendent des composantes de texture développées dans l’austénite. La formation de bainite en lattes est favorisée au détriment de la martensite lors d’un refroidissement par trempe après déformation, impliquant une diminution de la dureté. Une structure granulaire se développe également le long des anciens joints de grains [gamma] et s’étend à l’ensemble du grain lors d’un maintien bainitique à 525°C. Dans les zones de déformation homogène, les microstructures lamellaires se développent parallèlement à la trace des plans de glissement {111} [gamma] les plus actifs. Tandis que dans les microbandes, la germination de petits domaines bainitiques d’orientations différentes est favorisée / The thesis aims to understand the influence of the metallurgical state of austenite at high temperature on the phase transformation mechanisms in two model grades of low carbon steel: 0.06%C-2.4%Mn-0.3%Si (CMn-1) and 0.2%C-2.4%Mn-0.3%Si (CMn-2). A series of heat treatments enabled a thorough crystallographic analysis of the transformation products according to the γ grain size. According to the numerous microstructures obtained, the advantages and limits of the crystallographic reconstruction of austenite from EBSD data are defined according the type of inherited microstructures. Finally, hot compression tests at 800°C (Ar3+100°C) are performed on the grade CMn-1 to follow the evolution of the austenitic microstructures and microtextures based on strain conditions. The characteristics obtained by crystallographic reconstruction are confirmed by an analysis of the 30%Fe-70%Ni hot-rolled model alloy. We identified high misorientations in the vicinity of grain boundaries and two characteristics deformation substructures: grains homogeneously deformed by planar slip mechanism and grains with deformation microbands. These structures depend on the components of texture developed in the austenite. It was found that the bainitic laths are promoted as the deformation increases to the detriment of the martensite formed by quenching, resulting in a decrease of the hardness. Moreover a granular structure also grows along prior [gamma] grains boundaries and spreads across the grain during isothermal bainite transformation at 525°C. Lamellar microstructures are aligned along the most active slip plans {111} [gamma] in homogeneously deformed grains, while the nucleation of small bainitic areas with different orientations is promoted in the microbands

Sur la table de sortie d’un laminoir à chaud, le refroidissement des bandes d’acier est principalement assuré par des rampes de jets d’eau gravitaires qui vont impacter directement la surface supérieure de la bande en défilement. La température de la bande est initialement entre 800 et 900 °C et on cherche à la refroidir à des températures nettement inférieures mais précises avant son bobinage, cette température allant de la température ambiante à 700 °C suivant les propriétés voulues pour l’acier. Ce refroidissement assuré par les rampes de jets est transitoire et la vitesse de refroidissement est variable suivant la nature du régime de refroidissement. Le point de remouillage est défini par la température à laquelle le régime d’ébullition en film stable se termine et s’accompagne généralement d’une hausse significative des flux de refroidissements. Dans ce travail de thèse, nous avons cherché à caractériser ce point par des mesures d’épaisseur de vapeur effectuées à l’aide de sondes optiques. Les sondes optiques permettent de savoir si leur zone sensible est majoritairement dans le gaz ou le liquide et sont généralement exploitées pour faire des mesures de taux de vide. L’utilisation qui en est faite ici, à savoir une mesure précise de position d’interface, a demandé une calibration expérimentale précise afin de connaitre la position exacte de l’interface sur la zone sensible. Afin de disposer d’un outil fonctionnel, nous avons également cherché à modéliser la réponse des sondes à l’aide d’une méthode de lancer de rayons et en prenant en compte la formation du ménisque sur la pointe. Enfin, cette calibration et ce modèle ont été confrontés à des mesures expérimentales dans le cas du refroidissement d’une zone hémisphérique porté à haute température et donnant lieu à un régime d’ébullition en film stable / On a run out table of a hot rolling mill, the cooling of steel strips is mainly provided by ramps of water jets falling down that will directly impact the upper surface of the strip. The temperature of the strip starts between 800 and 900 °C and it is intended to cool at temperatures much lower than the start but still accurate before its winding, the temperature ranges from ambient temperature to 700 °C depending on the required properties for the steel product. This water-based process ensures a transient cooling at an uneven rate depending on the nature of the boiling regime. The rewetting point is defined by the temperature at which the stable film boiling regime ends. In general, the cooling fluxes show a significant increase at this particular transition. In this thesis, we sought to characterize rewetting by vapor thickness measurements and analysis using optical probes. The optical sensors inform us whether their sensitive area is mainly in the gas or in the liquid and are generally used to make void fraction measurements. The use that is made here, namely a precise measurement of the position of the interface, required a precise experimental calibration in order to know the exact position of the interface on the sensitive area. In order to have a working tool, we also modeled the response of the probes by using a ray tracing method and taking into account the formation of the meniscus on the tipoff the probe. Finally, the calibration and model were compared with experimental measurements in the case of the cooling of a hemispherical area initially at high temperature that provides a stable film boiling regime when it is partially immersed

Le procédé de refusion sous laitier électroconducteur (ESR =Electro Slag Remelting) permet de produire des alliages à haute valeur ajoutée utilisés pour des applications critiques. Les mesures in-situ sur les fours industriels étant coûteuses, la simulation numérique est essentielle à la maitrise et à la compréhension de ce procédé complexe. L’Institut Jean Lamour a développé depuis plusieurs années un modèle 2D axisymétrique qui permet de simuler la refusion d’une électrode consommable au sein d’une lingotière considérée comme totalement isolée électriquement du reste du système. Sont alors décrit en régime transitoire les transferts couplés de chaleur et de quantité de mouvement, ainsi que le passage du courant électrique dans le laitier et le lingot lors de la croissance et de la solidification de ce dernier. Les connaissances acquises au cours des dernières années sur le procédé ESR remettent en cause l’hypothèse d’isolation électrique du moule au cours de la refusion. L’objet de cette thèse est d’intégrer et d’étudier la possibilité de passage de courant entre le laitier et la lingotière au cours de la refusion. Un premier modèle a été développé. Il consiste en un calcul électromagnétique complet dans l'ensemble du système pour une géométrie simplifiée. Il a permis de simplifier la mise au point du modèle global, tout en fournissant de premiers résultats. Par la suite, un modèle totalement couplé a été finalisé puis les modifications du code ont fait l’objet de validations avec des mesures expérimentales. Des études de sensibilité ont été menées pour tester l’influence des propriétés du laitier et des paramètres opératoires sur la qualité du lingot final. / The ElectroSlag Remelting process (ESR) is widely used to produce high added value alloys for critical applications (aerospace industry, nuclear plants, etc.). Trial-and-error based approaches being expensive, numerical simulation is fundamental to improve the knowledge and the understanding of this complex process. The Institut Jean Lamour has been developing for several years a numerical code to simulate the melting of a consumable electrode, supposedly perfectly cylindrical, within a mold assumed to be perfectly electrically insulated from the electrode-slag-ingot system. Based on these assumptions, the 2-D axisymmetrical transient-state numerical model accounts for electromagnetic phenomena and coupled heat and momentum transfers, to simulate the continuous growth of the electroslag remelted ingot and the solidification of the metal and slag. Recent studies on the ESR process are challenging the insulated mold hypothesis. Therefore, the main objective of the thesis is to acknowledge and study the existence of a mold current during an ESR remelting. A first model has been set-up, aimed to simulate the electromagnetic phenomena in the whole system for a simplified geometry. The possibility of the existence of such a mold current was confirmed. Based on this work, a fully-coupled model has then been developed and the results have been compared with experimental data to check the validity of the modifications. The influence of slag properties and operating parameters on the final quality of the ingot has been tested.