L’objectif principale de cette thèse est de procéder à une identification paramétrique d’un modèle rhéologique de matériau métallique à chaud en utilisant des données expérimentales issues d’une presse industrielle. Dans le premier chapitre, le principe de l’identification paramétrique est exposé. Des essais de compressions uniaxiale faites sur machine d’essais spécialisés y servent alors comme cas d’étude. Les notions de choix de la fonction-coût, du plan d’expérience et du modèle y sont alors abordées ainsi qu’une analyse de sensibilité. Le chapitre suivant présente l’outillage utilisé pour faire les expériences sur presse. Enfin, une évaluation des échanges thermiques et des frottements que subis la pièce lors de l’essai est faite. Le troisième chapitre se concentre sur l’identification paramétrique proprement dite. Ainsi, des simulations par élément fini de la compression sont faites et comparées aux essais expérimentaux. Les résultats de l’identification sont discutés et comparés à ce que proposait initialement la base de données du logiciel FORGE® ainsi que les paramètres identifiés pour le même matériau au chapitre 1. Une simulation d’une pièce complexe avec ces différents jeux de paramètres est ensuite comparée avec le forgeage réel de cette pièce. Le quatrième chapitre reprend les acquis du troisième en faisant une identification paramétrique pour la rhéologie d’Inconel 625. Une tentative d’identification d’un modèle de microstructure pour l’Inconel à partir d’essais industriel termine ce manuscrit. / The main objective of this thesis is to identify the parameters of a hot metal rheology model by using experimental data from an industrial press. In the first chapter, the principle of parameter identification is exposed. Uniaxial compression testing done on specialized devices serves as a case study. The notions of cost function, experimental design and rheological model are examined. A sensitivity analysis is also performed. The next chapter present the experimental tools used on the industrial press. Finally, the friction and thermal exchange that will happen during the tests are evaluated. The third chapter is about the inverse analysis on industrial press. Finite elements modelling of the compression is made and compared with the experiments. The identification results are then compared with the FORGE® software database and the material parameters found in chapter 1. A complex part is then simulated with these different parameters and compared with a real forging of this part. The fourth chapter uses the same methods as in chapter 3 to perform an identification on the rheological parameters of an Inconel 625. A microstructural model for the Inconel is then identified with industrial testing as reference.

Les propriétés d’emploi des pièces matricées en alliage de titane sont fortement dépendantes des conditions de matriçage (déformation, température de déformation, etc.) ainsi que des conditions de traitement thermique. Nos objectifs furent de caractériser la microstructure et la texture de l’alliage Ti6246 pour comprendre l’influence des paramètres du procédé sur le développement de la microstructure et les conséquences sur l’anisotropie des propriétés mécaniques.En particulier, nous nous sommes intéressés à l’évolution de la texture des grains β; ainsi qu’à la précipitation de la phase α; en fonction du taux de déformation. Des observations EBSD ont permis d’étudier les conditions de germination croissance de la phase α; au niveau des joints de grains β/β et les conditions de sélection des variants d’orientation de la phase αWI observées sur des échantillons fortement déformés. Des observations MEB couplées à un algorithme d'analyse d'image spécialement développé ont permis de déterminer l’influence des paramètres du cycle thermomécaniques sur les caractéristiques microstructurales de la phase αp (fraction de phase, taille…).Les propriétés mécaniques ont été caractérisées à partir d’essai de traction pour déterminer l’influence de l’anisotropie microstructurale induite par la mise en forme. L’observation des surfaces de rupture a mis en évidence le rôle des liserés αGB sur l’amorçage et la propagation des fissures.Les cartographies d’orientation ont montré des variations de propriétés élastiques à l’échelle des grains β; en relation avec la précipitation de la phase α. Il a ainsi été possible de relier les augmentations du bruit ultrasonore rétrodiffusé avec les évolutions de texture et les sélections de variant induites par le forgeage dans le domaine β. / Mechanical properties of closed die forging titanium alloys are very sensitive to variations of processing parameters (forging amount, forging temperature, etc.). The claims of this study were to characterize the microstructure and texture of Ti6246 alloys in order to understand the process parameters' impact on microstructure and their consequences on mechanical properties’ anisotropy.We investigate the impact of the forging amount on the β texture and α phase nucleation. The study of α nucleation and growth at β/β grains boundaries and variant selection in αWI phase conditions is carried out by EBSD measurements. SEM observations associate to an image analysis algorithm specially conceived give a good description of the thermo-mechanical processing parameters’ effects on the αp morphology (fraction, size …).Thanks to tensile testing, mechanical properties have been measured in order to evaluate the effects of microstructure anisotropy induced by forging. αGB-layers at β-grain boundaries dominate fracture toughness (cracks nucleation and cracks propagation) as observed on crack path profiles.Variations of elastic properties at β grains scale linked to α phase precipitation have been revealed by crystallographic orientation maps. Therefore the increasing of backscattered ultrasound noise can be linked to the texture evolution and the variant selections induced by β-forging.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第21682号 / 医博第4488号 / 新制||医||1036(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 妻木 範行, 教授 大森 孝一, 教授 別所 和久 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

A detailed metallurgical analysis was conducted to correlate microstructure to axial strain-controlled high cycle fatigue of Ti-6Al-4V forgings made from cold isostatic pressed and sintered preforms of blended element powder metallurgy (BEPM) incorporating hydrogenated titanium. Analysis included fractographic examination by SEM, microstructure examination by optical microscopy, texture examination via EBSD, chemical analysis and fatigue strain mapping via digital image correlation (DIC). From a literature review and observations of findings, factors that were of primary concern were: maximum pore diameter, primary α volume fraction, primary α width, primary α particle count, oxygen equivalency (OE) and texture of the α phase. The primary α volume fraction was found to have the single most influential effect on fatigue, whereby decreasing volume fraction increased fatigue life. Using statistical analysis, multivariable regression analyses were performed to evaluate combinations of predictors on fatigue life. The resulting outcome of volume fraction and maximum pore diameter, having a 3.3 to 1 weighting, was the most significant at predicting the fatigue response. Improving fatigue life of forged Ti-6Al-4V made from BEPM should thus be primarily focused on microstructure refinement. It is suggested future experimentation also consider the effects of the number of primary α particles and OE when modeling fatigue strength. / Thesis / Master of Applied Science (MASc) / The mechanical properties of a metal are dictated primarily by the metal’s microstructure. The microstructure of a metal made from metal powder that has been pressed and heated to bind the powder together generally contains residual porosity. This generally leads to a reduction in metal fatigue resistance versus a metal that is pore-free. In studying metal fatigue of a titanium alloy made from metal powder, the resistance to metal fatigue varied considerably and did not achieve the same resistance of pore-free material, despite the titanium alloy in question being nearly pore-free. This titanium alloy was studied to determine what the cause of the poor metal fatigue resistance was. Through a methodical testing program, it was determined that volume fraction of a particular crystalline phase in the microstructure was more damaging than the pores themselves.

Das Freiformschmieden ist eines der ältesten Umformverfahren in der Geschichte, das kontinuierlich durch technische Innovationen weiterentwickelt wurde. Die rasante Entwicklung in den Bereichen der Mess- und Regelungstechnik sowie der Rechenkapazität von IT-Systemen in den letzten Jahrzehnten bietet die Möglichkeit, das Freiform-schmieden auf seine nächste Entwicklungsebene zu heben. Um einen vollautonomen Schmiedeprozess zu etablieren, wird am Institut für Metallformung der TU Bergakademie Freiberg eine Schmiedezelle eingerichtet. Diese Verfügt über zwei Schmiedepressen, einen Ofen und einen Roboterarm vom Typ KR 360 L280-2 der Firma KUKA mit einer Traglast von bis zu 280 kg als Manipulator. Mithilfe eines 3D-Scansystems ist es möglich die Werkstückgeometrie zwischen einzelnen Stichen oder gar Pressenhüben zu erfassen. Weiterhin verfügt das Scansystem über drei Wärmebildkameras, welche während eines Scans die Oberflächentemperatur erfassen. Die einzelnen Komponenten der Schmiedezelle werden über einen Zentralrechner gesteuert.

Open-die forging is one of the oldest forming processes in history, which has been continuously developed through technical innovations. The rapid development in the fields of measurement and control technology and the computing capacity of IT systems in recent decades offer the opportunity to take open-die forging to a higher level. In order to establish a fully autonomous forging process, a forging cell is being set up at the Institute of Metal Forming at TU Bergakademie Freiberg. It consists of two forging presses, a furnace and a KR 360 L280-2 robot arm from KUKA as a manipulator with a load capacity of up to 280 kg. A 3D scanning system allows to capture the workpiece geometry between individual pass sequences or even single press strokes. Additionally, the scanning system is equipped with three thermal imaging cameras, which record the surface temperature during a scan. A central computer controls all individual components of the forging cell.

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