La fabrication d'outils de coupe rotatifs implique plusieurs défis liés à la maximisation de la résistance à la traction et à la flexion tout en préservant la ténacité. Le produit souhaité est une plaque parfaitement plane avec de faibles contraintes résiduelles et d'excellentes et uniformes propriétés mécaniques planaires. La présente recherche vise à développer une texture et des microstructures pour maximiser la résistance, la ténacité et la dureté tout en minimisant la distorsion du corps des scies circulaires utilisées dans l'industrie de la première transformation du bois. La réalisation des objectifs mentionnés par la production du substrat des scies circulaires par laminage croisé et austempering-revenu a été étudiée. Ce projet de recherche se en deux étapes. La première s'est déroulée à l'échelle du laboratoire a traité de l'effet du laminage croisé et du traitement thermique de trempe sur un type d'acier faiblement allié utilisé dans la fabrication de lames de scies circulaires commerciales. Lors de l'étape suivante, les résultats ont été mis en œuvre à l'échelle réelle pour produire des lames de scie de taille industrielle. Les résultats ont été comparés à des scies du commerce fabriquée par laminage à chaud, trempe et revenu. Des essais de validation ont été effectués sur le produit final pour quantifier l'efficacité de la nouvelle approche. Les résultats ont montré que le laminage croisé induit des grains équiaxes homogènes et une texture {100} <110> intense des fibres α et ε dans les directions RD et TD. La texture fibreuse distincte développée par le laminage croisé a augmenté la résistance du matériau au ramollissement. La microstructure bainitique de la post-déformation austempering-revenu a amélioré simultanément la dureté (9%), la limite d'élasticité (19%), la résistance en traction (%19) et la résistance à la flexion (22%) sans sacrifier la ductilité. Les propriétés ci-dessus étaient identiques le long des directions dans le plan en raison des textures uniformes des fibres α et ε. Le revenu de la bainite près de la gamme de températures de transformation baintique a équilibré le rapport résistance/ductilité et maximisé la planéité du matériau. La fabrication d'outils rotatifs plus minces qui maximisent la récupération de la fibre de bois pendant le processus de coupe est réalisable avec cette nouvelle méthode. / Fabrication of rotary cutting tools involves several challenges related to the maximization of tensile and bending strength with the preservation of toughness. The desired product is a perfectly level plate with low residual stresses and excellent uniform properties in all directions. The present research was planned to develop a texture and microstructures to maximize strength, toughness, and hardness while minimizing distortion of the body of circular saws used in the primary transformation of wood. Achieving the mentioned objectives through the production of the substrate of the circular saws by cross-rolling and austempering-tempering was investigated. This research project consisted of two phases. In the lab-scale stage, the effect of the cross-rolling and austempering heat treatment was studied on a type of low alloy steel used in the fabrication of commercial circular saw blades. In the next step, the results were implemented at the actual scale to produce actual size saw blades. The results were compared to conventional saws made by hot rolling, quenching and tempering. Pilot tests were carried out on the final product to evaluate the efficacy of the new approach. The results showed that cross-rolling induced homogenous equiaxed grains and an intense {100} <110> texture of α and ε fibers along RD and TD directions. The distinct fiber texture developed by cross-rolling increased the material's resistance to softening. The bainitic microstructure of the post-deformation austempering-tempering simultaneously improved hardness (9%), yield stress (19%), ultimate tensile strength (%19), and flexural strength (22%) without sacrificing ductility. The above properties were identical along in-plane directions due to the uniform α and ε fiber textures. Tempering of bainite near the bainitic transformation temperature range adjusted the strength/ductility balance and maximized the levelness of the material. The manufacturing of thinner rotary tools that minimize waste during the cutting process is feasible with this novel method.

Le contrôle de l’usure des couteaux de découpe est un grand défi dans l’industrie de la première transformation du bois. En contrôlant le niveau d’usure, les coûts de maintenance sont diminués et une meilleure qualité des produits est obtenue. Les mécanismes d’usure des outils de coupe dans un environnement industriel de transformation du bois sont particulièrement complexes. Dans le présent projet, une caractérisation des principaux mécanismes d’usure a été faite afin de comprendre les conditions de travail en première transformation du bois. Fort de ces résultats, une analyse du choix des matériaux ainsi que différentes conditions de traitement thermique ont été faites afin d‘optimiser la durée de vie des outils de coupe. Trois différents aciers à outil ont ainsi été choisis. Les traitements thermiques ont été effectués selon neuf conditions différentes par acier. Les essais de dureté, d’impact et d’usure par abrasion avec sable (DSRW) selon la norme ASTM G65 ont été effectués. La dernière partie de projet a été axée sur la caractérisation des performances en usure de revêtements céramiques obtenus par la méthode de dépôt physique par phase vapeur (PVD) appropriés pour les conditions d’utilisation retrouvées dans la première transformation du bois. Les essais ont été réalisés sur les échantillons préalablement traités thermiquement selon les conditions optimales déterminées. Six revêtements différents ont été choisis pour faire face aux conditions pour lesquelles la résistance à l’abrasion et aux impacts périodiques sont importantes. Un appareil d’essai de fatigue par impact a été fabriqué pour évaluer la résistance des revêtements aux chocs périodiques sur la surface. De plus, des essais de micro-dureté et de l’usure par abrasion avec sable ont été faits. Afin d’évaluer la condition de la surface après chaque essai, l’analyse d’image par microscopie électronique à balayage (MEB) a été faite. Deux mécanismes dominants qui étaient observés sont la micro abrasion et l’écaillage de l’arête. La micro abrasion sur les surfaces de coupe et de dégagement est différente où il y a un grand écart en grosseur des traces d’abrasion. La résistance optimale pour l’usure par abrasion et impact a été obtenue avec l’acier AISI H13 trempé à 1040°C suivi par un double revenu à 580°C. Le revêtement d’AlCrTiN a été le meilleur pour améliorer la résistance de l’acier AISI A8 à l’usure par abrasion et fatigue d’impact. Pour les aciers AISI S1 et AISI H13, le revêtement de TiAlCrN a fourni la résistance optimale en terme de résistance à l’abrasion qui est la première cause d’usure des outils de coupe utilisés dans le procédé d’équarrissage-fragmentation. / Controlling cutting knife wear is a big challenge in industry of primary transformation of wood. By controlling the knife wear, maintenance cost will be reduced and higher quality of products will be achieved. Wear conditions in the wood transformation industry is very intricate. In this project, wear study was performed in order to understand the work condition in primary transformation of wood. Microscopic analysis was conducted to investigate wear mechanisms on the edge of knives. Wear properties on both rake face and clearance face were studied. Material selection and heat treatment practices were done in the second part of the project in order to optimize the tool life. Three steels from different tool steel categories were selected. Heat treatment tests were carried in nine different conditions per steel. Hardness, impact and dry-sand-rubber-abrasion-wear according to ASTM G65 standard (DSRW) tests were applied for evaluating the samples. Last part of this project was about evaluating of industrial coatings by physical vapour deposition (PVD) method for the working condition in primary transformation of wood. Tests were done on optimized samples from heat treatment study. Six different coatings were selected in order to perform high resistance to conditions where both abrasion and periodic impact are present. Impact Fatigue test machine was fabricated in order to evaluate the resistance of coatings to working conditions of periodic shock on the surface. Micro-hardness and DSRW test were done as well. In order to evaluate the surface change after each experiment, SEM imaging was done. The two dominant mechanisms that were observed are micro abrasion and edge chipping. The micro-abrasion patterns found on rake and clearance surfaces were dissimilar and there was a significant difference in size and shape of abrasion marks. The optimum resistance to abrasion wear and impact was achieved for AISI H13 tool steel quenched from 1040°C followed by double-tempering at 580°C. AlCrTiN coating was the best coating to improve the resistance of AISI A8 tool steel to both abrasive and impact fatigue wear. For both AISI S1 and AISI H13 steel, TiAlCrN coating has performed optimum resistance to abrasive working condition which is major cause of tool wear in chipper-cantering.