L’objectif de ce travail de thèse était d’étudier le comportement en fatigue oligocyclique de l’acier Fe-3Si utilisé pour les rotors des nouveaux alterno-démarreurs développés par Valeo. L’étude pris en compte la relation entre la réponse mécanique et la microstructure, les mécanismes de fatigue, l’évaluation de la déformation à une échelle mésoscopique et une optimisation du dimensionnement du rotor. Les essais de fatigue, menés sur des éprouvettes d’épaisseur 350μm, ont montré un durcissement cyclique du matériau et le mode de propagation de la fissure, fragile, souligne sa faible ténacité. La formation de structure de dislocations observées par Microscopie Electronique en Transmission (TEM) et par cECCI (Controlled Electron Channelling Contrast Imaging) est dépendante de la déformation et la variation de déformation totale Δεt=0.7% apparaît comme une valeur de transition. En-dessous de Δεt =0.7%, des arrangements homogènes de dislocations et un amorçage de la fissure transgranulaire sont observés. Au-dessus de Δεt =0.7%, des structures veines-canaux et murs-canaux sont observés et l'amorçage de fissure est intergranulaire. Une étude EBSD (Electron Back-Scattered Diffraction) basée sur les paramètres KAM, GROD et GOS menée sur les éprouvettes fatiguées montre un gradient de déformation dans les grains et une localisation de la déformation aux joints de grain au-dessus de Δεt =0.7%. Enfin, en prenant en compte les propriétés en fatigue de l’acier Fe-3Si dans la base de données matériaux de la modélisation par éléments finis, des légères modifications de la géométrie du rotor ont été effectuées ce qui améliore les performances électromagnétiques de la machine. / The objective of the PhD work was to investigate the low cycle fatigue (LCF) behaviour of Fe-3Si steel employed for rotors of new starter-alternators developed by Valeo. The study took into account the relation between mechanical response and microstructure, the fatigue mechanisms, the assessment of strain at a mesoscopic scale and an optimisation of the rotor design. Low cycle fatigue tests performed on 350μm thick specimen pointed out a cyclic hardening of the material. The brittle crack propagation mode underlined the low toughness of the material. The formation of dislocations structures observed by Transmission Electron Microscopy (TEM) and controlled Electron Channelling Contrast Imaging (cECCI) was strain dependant. The total strain variation Δεt =0.7% appeared as a transition value. Below Δεt =0.7%, homogeneous arrangement of dislocations and transgranular crack initiation are observed. Above Δεt =0.7%, a mixture of veins-channels and wall-channels were observed inside the grains and cracking became intergranular. An Electron Back-Scattered Diffraction (EBSD) study was then performed on the specimen fatigued above Δεt=0.7% and approached with KAM, GROD and GOS parameters. It pointed out the strain gradient within grain and highlighted the strain localisation at grain boundaries. Finally, by taking into account LCF properties of the Fe-3Si steel in the material database of the finite element modelling, slight modifications of the rotor geometry have been performed which improves the electromagnetic performances of the machine.

Bien que moins utilisé que l'acier au carbone, l'acier inoxydable est de plus en plus utilisé en raison de sa grande résistance à la corrosion et au feu, sa ductilité, son esthétisme ainsi que sa facilité de maintenance. Contrairement à l'acier standard qui présente une loi de matériau élastique avec un pallier plastique, l'acier inoxydable se déforme de manière non-linéaire avec une grande réserve d'écrouissage. Ceci est suffisant pour invalider les règles de dimensionnement classiques utilisées pour la construction en acier. Il est donc question de proposer une approche différente des méthodes existantes permettant de prédire la capacité de sections ouvertes en acier inoxydable. Ces développements se font dans le contexte de l'émergence de l'Overall Interaction Concept (O.I.C.), méthode de dimensionnement innovante et moderne pour les pièces en acier récemment développée, qui est étendue aux spécificités des pièces en inox. Afin de proposer des équations de dimensionnement, un modèle numérique adapté à ce matériau a été développé et validé. Le modèle a ensuite été utilisé afin de mener des simulations numériques par éléments finis permettant de considérer de nombreuses nuances d'acier inoxydable, de cas de chargement et de géométries. Ces résultats ont ensuite pu être utilisés afin de proposer une approche à deux niveaux pour les cas de chargement simple, c'est-à-dire une approche basée sur les déformations pour les sections compactes, ainsi qu'une approche basée sur des courbes de voilement de type « Ayrton-Perry » pour les sections plus élancées. Une équation d'interaction a de plus été calibrée pour les cas de chargement combiné. Les nouvelles formules de dimensionnement sont économiques, simples et sécuritaires et constituent une amélioration par rapport à la performance des approches existantes. Ces travaux vont permettre aux ingénieurs praticiens de pouvoir mieux appréhender ce matériau pour la construction, et de satisfaire aux exigences économiques de leurs conceptions. / Although less frequently used than carbon steel, stainless steel is increasingly used in structural applications due to its high resistance to corrosion and fire, ductility, aesthetics and ease of maintenance. Unlike carbon steel which presents an elastic material law with a plastic plateau, stainless steel strains non-linearly with a large strain hardening reserve. This is sufficient to invalidate the classical design rules used for steel construction. It is therefore a question of proposing a different approach from existing methods in order to predict the capacity of open stainless steel cross-sections. These developments are taking place in the context of emergence of the Overall Interaction Concept (O.I.C.), an innovative and modern design method for steel elements and sections recently developed, which will be extended to the specificities of stainless steel cross-sections. In order to propose design equations, a numerical model adapted to this material was developed and validated. The model was then used in order to perform numerical finite element simulations allowing to consider many stainless steel grades, load cases and geometries. These results could then be used in order to propose a two-level approach for the simple load cases: an approach based on strains for compact sections, and an approach based on classical buckling curves for more slender sections. In addition, an interaction equation was calibrated for combined load cases. The new design formulas are economical, simple and safe and are an improvement over the performance of existing approaches. This work will allow practicing engineers to better understand this material for construction, and to meet the economic requirements of their designs.

Bien que moins utilisé que l’acier au carbone, l’acier inoxydable est de plus en plus utilisé en raison de sa grande résistance à la corrosion et au feu, sa ductilité, son esthétisme ainsi que sa facilité de maintenance. Contrairement à l’acier standard qui présente une loi de matériau élastique avec un pallier plastique, l’acier inoxydable se déforme de manière non-linéaire avec une grande réserve d’écrouissage. Ceci est suffisant pour invalider les règles de dimensionnement classiques utilisées pour la construction en acier. Il est donc question de proposer une approche différente des méthodes existantes permettant de prédire la capacité de sections ouvertes en acier inoxydable. Ces développements se font dans le contexte de l’émergence de l’Overall Interaction Concept (O.I.C.), méthode de dimensionnement innovante et moderne pour les pièces en acier récemment développée, qui est étendue aux spécificités des pièces en inox. Afin de proposer des équations de dimensionnement, un modèle numérique adapté à ce matériau a été développé et validé. Le modèle a ensuite été utilisé afin de mener des simulations numériques par éléments finis permettant de considérer de nombreuses nuances d’acier inoxydable, de cas de chargement et de géométries. Ces résultats ont ensuite pu être utilisés afin de proposer une approche à deux niveaux pour les cas de chargement simple, c’est-à-dire une approche basée sur les déformations pour les sections compactes, ainsi qu’une approche basée sur des courbes de voilement de type « Ayrton-Perry » pour les sections plus élancées. Une équation d’interaction a de plus été calibrée pour les cas de chargement combiné. Les nouvelles formules de dimensionnement sont économiques, simples et sécuritaires et constituent une amélioration par rapport à la performance des approches existantes. Ces travaux vont permettre aux ingénieurs praticiens de pouvoir mieux appréhender ce matériau pour la construction, et de satisfaire aux exigences économiques de leurs conceptions. / Although less frequently used than carbon steel, stainless steel is increasingly used instructural applications due to its high resistance to corrosion and fire, ductility, a esthetics and ease of maintenance. Unlike carbon steel which presents an elastic material law with a plastic plateau, stainless steel strains non-linearly with a large strain hardening reserve. This is sufficient to invalidate the classical design rules used for steel construction. It is therefore a question of proposing a different approach from existing methods in orderto predict the capacity of open stainless steel cross-sections. These developments are taking place in the context of emergence of the Overall Interaction Concept (O.I.C.), an innovative and modern design method for steel elements and sections recently developed, which willbe extended to the specificities of stainless steel cross-sections. In order to propose design equations, a numerical model adapted to this material was developed and validated. The model was then used in order to perform numerical finite element simulations allowing to consider many stainless steel grades, load cases and geometries. These results could then be used in order to propose a two-level approach for the simple load cases: an approach based on strains for compact sections, and an approach based on classical buckling curves for more slender sections. In addition, an interaction equation was calibrated for combined load cases. The new design formulas are economical, simple and safe and are an improvement over the performance of existing approaches. This work will allow practicing engineers to better understand this material for construction, and to meet the economic requirements of their designs.

Thèse doctorat : Génie des Matériaux : INSA LYON : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 173-177.

Th. univ.--Métallurgie--Paris 6, 1992. / Bibliogr. p. 174-177. Résumé en anglais et en français.

À hautes températures, les propriétés de l'acier sont affectées et sa résistance est donc moindre que sa résistance à température ambiante. Des méthodes de calculs différentes doivent donc être utilisées pour prédire la résistance dans la situation exceptionnelle d'incendie. Les normes actuelles proposent des méthodes simplifiées pour prédire la résistance de l'acier à haute température. Toutefois, ces méthodes sont inspirées des méthodes de dimensionnement à froid et ne sont donc généralement pas adéquates pour prédire de façon précise la résistance des éléments en situations d'incendie. Ce mémoire présente les recherches effectuées pour la proposition d'une nouvelle méthode de calcul pour les sections d'acier ouvertes soumises à de hautes températures en utilisant l'Overall Interaction Concept (O.I.C). Cette méthode est basée sur l'interaction entre la résistance et la stabilité et permet de considérer les imperfections géométriques et matérielles. Entre autres choses, l'avantage de cette nouvelle méthode est qu'elle permet d'obtenir des résultats précis et de conserver une continuité entre les prédictions. Un modèle numérique a été utilisé pour prédire la résistance de l'acier à hautes températures. Ce modèle a été validé en comparant les résultats avec des résultats expérimentaux. À la suite de la validation, le modèle a été utilisé pour conduire des simulations dans lesquelles plusieurs géométries, températures, limites élastiques et cas de chargement ont été considérés. Les résultats ont ensuite été utilisés pour proposer de nouvelles équations dans le format O.I.C. La performance de la nouvelle proposition a été évaluée et comparée avec la performance de normes existantes. Cette évaluation a permis de conclure que la proposition donne des résultats beaucoup plus précis. Finalement, l'évolution du comportement de l'acier entre la température ambiante et les hautes températures a brièvement été analysé. Puisque ce point est abordé de façon sommaire, il ouvre la porte vers de futures études sur le sujet. / At high temperatures, steel suffers from great losses in strength and stiffness. Different design methods must therefore be considered to predict the resistance of steel in the exceptional situation of fire. Current standards propose simplified methods to predict the resistance of steel at high temperatures. However, these methods are inspired by steel design equations used at room temperature and are therefore generally not suitable to predict accurately the resistance of steel elements in fire situation. This thesis presents research investigations pursued to propose a new design method for open steel cross-sections subjected to high temperatures by means of the Overall Interaction Concept (O.I.C.). This calculation method is based on the interaction between resistance and stability and allows to consider geometrical and material imperfections. The advantage of this new calculation method is that it allows to obtain precise results and to keep continuity between predictions contrarily to standards that use the cross-section classification. A numerical model, initially developed for open steel cross-sections at ambient temperature, was improved to predict the resistance of steel at high temperatures. It was then verified against experimental test results to ensure its accuracy. After validation, the numerical model was used to conduct simulations using different geometries, temperatures, yield limits and load cases. Results were then used to formulate new design proposals for cross-sections at high temperatures in the O.I.C. format. The performance of the new proposal was then evaluated et compared with the performance of existing standards. This evaluation allowed to conclude that the proposition is much more accurate than existing standards. Finally, the evolution of the behaviour of steel between cold and high temperature was briefly analysed. As this point was only briefly discussed, it opens the door for future studies on the subject.

Malgré la popularité du procédé de métallurgie des poudres (PM) pour la fabrication de composants de forme quasi finale, un nombre important de pièces PM nécessitent des opérations d'usinage pour la conformité géométrique. Cependant, la présence de porosité dans la microstructure typique des pièces PM affecte fortement négativement leur comportement à l'usinage, nécessitant ainsi l'utilisation d'additifs pour l'améliorer. L'additif idéal améliorant l'usinabilité serait celui qui, en plus d'augmenter considérablement l'usinabilité, est chimiquement neutre, rentable et n'a aucun effet néfaste sur les propriétés mécaniques. Sur la base de ces critères, des travaux ont été menés pour étudier et comparer l'effet de l'ajout de différents activateurs d'usinabilité, contenant du MnS, du MnS revêtu de Ni, du MoS$_2$, du Cu$_2$S, du BN, du CaF$_2$ et du MgSiO$_3$ sur la réponse d'usinage de pièces de type FC-0208. Les performances de ces additifs ont été caractérisées en termes d'usinabilité, de propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion et comparées aux propriétés des échantillons ne contenant pas d'additif, c'est-à-dire FC-0208. Les résultats ont indiqué que l'ajout d'additifs améliorant l'usinage à la composition du FC-0208 avait un effet néfaste marginal sur les propriétés mécaniques, sauf dans le cas du BN. De plus, la dissociation des particules de MoS$_2$ et la dissociation partielle des particules de Cu$_2$S au cours du processus de frittage ont été confirmées. La caractérisation de l'usinabilité a indiqué que l'ajout de MoS$_2$ et Cu$_2$S améliorait la réponse d'usinabilité des pièces tandis que CaF$_2$ et MgSiO$_3$ n'affectaient pas l'usinabilité des pièces FC-0208 et même dans certains cas, elle était aggravée. Bien que les résultats aient confirmé la grande efficacité des particules de MnS pour augmenter l'usinabilité des pièces PM, elles ont eu un effet néfaste à la fois sur le tournage à la vitesse de 243 smm et sur le perçage. / Despite the popularity of the powder metallurgy (PM) process for manufacturing near-netshape components, a significant number of PM parts require machining operations for geometrical conformance. However, the presence of porosity in the typical microstructure ofPM parts greatly negatively affects their machining behavior, thereby requiring the use of additives to improve it. The ideal machinability-enhancing additive would be one that, on top of considerably increasing machinability, is chemically neutral, cost-effective, and has no detrimental effect on mechanical properties.Based on these criteria, work was carried out to investigate and compare the effect of addition of different machinability enhancers, containing MnS, Ni-coated MnS, MoS$_2$, Cu$_2$S, BN, CaF$_2$, and MgSiO$_3$ on the machining response of the FC-0208 PM parts. The performances of these additives were characterized in terms of machinability, mechanical properties, and corrosion resistance and compared with the properties of the samples containing no additive,i.e., FC-0208. The results indicated that the addition of machining enhancers to the composition of FC-0208 had a marginal detrimental effect on mechanical properties, except in the case of BN. Moreover, the dissociation of MoS$_2$ particles and partial dissociation of Cu$_2$S particles during the sintering process were confirmed. Machinability characterization indicated that addition of MoS$_2$ and Cu$_2$S improved the machinability response of the workpieces while CaF$_2$ and MgSiO$_3$ did not affect the machinability of FC-0208 workpieces and even in some cases, it was worsened. Although the results confirmed the high effectiveness of MnS particles in increasing the machinability of PM parts, it had a detrimental effect in both turning at the speed of 243 smm and drilling.

The subject of this thesis is twofold: (i) to contribute to the understanding of the phase transformations and mechanical properties of TRIP-assisted multiphase steels; (ii) to show to what extent a new TRIP-assisted multiphase steel with a reduced silicon content could meet the performance requirements for high-strength formable steels. It enlightens the correlations between Processing, Microstructure and Properties. Furthermore, the different investigations carried out in this thesis will aim at comparing what can be called a conventional high silicon TRIP-assisted multiphase steel with a newly proposed low silicon TRIP-assisted multiphase steel.

The subject of this thesis is twofold: (i) to contribute to the understanding of the phase transformations and mechanical properties of TRIP-assisted multiphase steels; (ii) to show to what extent a new TRIP-assisted multiphase steel with a reduced silicon content could meet the performance requirements for high-strength formable steels. It enlightens the correlations between Processing, Microstructure and Properties. Furthermore, the different investigations carried out in this thesis will aim at comparing what can be called a conventional high silicon TRIP-assisted multiphase steel with a newly proposed low silicon TRIP-assisted multiphase steel.

Texte remanié de: Th. doct.--Paris 3, 1999. Titre de soutenance : Les sources de la croissance, de la productivité et de la compétitivité : l'industrie sidérurgique mexicaine,1984-1994. / Bibliogr. p. 305-325.