Neste trabalho é realizado um estudo teórico-experimental do processo de forjamento a quente em matriz fechada de peças tubulares, denominadas comercialmente por flanges. O material utilizado para fabricação das peças é a liga de alumínio AA 6351. Normalmente, tais peças são forjadas a partir de billets maciços e os furos centrais são, posteriormente, usinados. Desta forma, este trabalho visa o estudo do uso de billets vazados em substituição aos maciços minimizando a perda de material e força necessária para o forjamento que podem ser relativamente significativos dependendo do peso, geometria da peça, e tamanho do lote produzido. O processo de forjamento foi planejado e executado com auxilio de softwares, onde o projeto do ferramental foi realizado em programa de CAD 3D da empresa SolidWorks, e a simulação numérica computacional, aplicada para predizer o comportamento do material no final do forjamento, no programa Simufact. Forming 11.0. Foram analisados, por simulação numérica computacional, dados como a estimativa da força necessária para forjar a peça em estudo, preenchimento da matriz, escoamento do material e as deformações finais. Utilizam-se cálculos analíticos, baseados na Teoria Elementar da Plasticidade (TEP), para estimar a força necessária para o forjamento. Os resultados obtidos experimentalmente validam a utilização de métodos numéricos e analíticos para desenvolvimento de processos de forjamento. Os resultados de força obtidos utilizando o modelo matemático da Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) foram os que mais se distanciaram da força real necessária para o forjamento, no caso do billet maciço foi de 2706 kN, enquanto que a força utilizada no experimento foi de 3432 kN e com a utilização do billet vazado a força calculada pela TEP foi de 2579 kN e a real foi de 2451 kN. Já a simulação indica valores necessários de 2432 kN para o billet vazado e 2814 kN para o billet maciço. Conclui-se, então, que com a utilização de billets vazados a força para o forjamento e o material utilizado são inferiores, assim, comprovando sua vantagem em relação ao processo de fabricação convencional. / In this paper is done a theoretical-experimental study of the hot forging process in closed die of tubular components, commercially known as flanges. The material used for the manufacture process of the pieces is AA6351. These pieces are usually forged from massive billets and the central holes are subsequently machined. In this way, this paper aims the use of hollow billets instead of the massive ones, minimizing the loss of material and strength used in forging that can be relatively significant depending on the weight, geometry of the piece and size of the batch produced. The forging process was planned and done with the help of software where the tooling project is performed in CAD 3D from Solidworks, and the computer numerical simulation applied to predict the material behavior at the final of the forging process in Simufact Forming 11.0. Data as strength, die filling, material draining and final deformation are analyzed by computer numerical simulation. Analytical calculation, based on the Plasticity Elementary Theory (TEP), are performed in order to estimate the necessary strength for the forging process. The results, experimentally obtained, validate the use of numerical and analytical methods in forging process development. The strength results obtained using the mathematical model of Plasticity Elementary Theory, were the farthest from the real required strength used in forging. As with the massive billet, the strength was 2706 kN while the strength used in the experiment was 3432 kN and using de hollow billet the estimated strength calculated by the TEP was 2579 kN while the real one was 2451 kN. Yet, the simulation indicates required values of 2432 kN for the hollow billet and 2814 kN for the massive billet. We can therefore conclude that when using hollow billets the strength required in forging and the used material are inferior, thus proving its advantage in relation to the conventional manufacture process.

São realizados estudos termodinâmicos de nitretos, carbonetos e carbonitretos dos microelementos V, Nb, Al e Ti, utilizando bancos de dados computacionais do programa FactSage, com finalidade de verificar seus potenciais como inibidores do crescimento do grão na faixa de temperatura do processo de forjamento a quente dos aços. Um procedimento para verificação da solubilidade dos compostos dos microelementos por meio do FactSage foi desenvolvido e foram estudadas situações mais complexas e menos abordadas na literatura, tais como o efeito combinado de dois microelementos no aço e o estudo do comportamento dos carbonitretos em altas temperaturas com variantes do porcentual de carbono e nitrogênio. Os estudos demonstraram que os nitretos com presença de titânio possuem elevada estabilidade em altas temperaturas e, por isso, são potencialmente muito efetivos no controle do crescimento do grão. Alguns carbonetos com presença de nióbio apresentam também uma boa estabilidade em altas temperaturas, assim como os carbonitretos desses dois elementos. Foi verificada uma boa correlação dos produtos de solubilidade obtidos tanto por métodos experimentais como por cálculos termodinâmicos apresentados pela literatura, bem como a valiosa contribuição do software para estudos de precipitação e dissolução de carbonetos, nitretos e carbonitretos na austenita, permitindo auxiliar na seleção de aços e/ou modificação da composição de aços convencionais por meio da adição de microelementos juntamente com uma escolha apropriada de porcentuais de nitrogênio e/ou carbono, quando se busca controlar o crescimento do grão em altas temperaturas. Os resultados obtidos podem auxiliar de forma indireta nos estudos de eliminação de tratamentos térmicos convencionais, seja pelo uso de aços microligados com resfriamento controlado, seja pelo uso de aços convencionais de baixa liga temperados logo após forjamento, permitindo, assim, uma redução dos custos globais das peças. Além dessas considerações, os resultados apresentados e a técnica desenvolvida podem também ser úteis em outras áreas em que seja importante o controle do crescimento do grão, tais como laminação a quente e cementação em alta temperatura. / Thermodynamics studies of nitrides, carbides and carbonitrides of the micro elements V, Nb, Al and Ti were performed using the FactSage program databases, in order to verify their potential for grain growth inhibition in a range of temperatures of hot forged steels. A procedure to verify the solubility of compounds of the micro elements was developed by means of FactSage, and it was studied complex states less discussed in literature, such as the combined effect of two micro elements in steel and the behavior of carbonitrides at high temperatures, varying carbon and nitrogen contents. The studies demonstrate that the nitrides with Titanium have high stability in austenite at elevated temperatures: therefore they are potentially highly effective in grain size control. Carbides with Niobium also present effective stability at high temperatures, as well as the carbonitrides of these two elements. A good correlation was verified between the solubility product obtained either by experimental methods, or by thermodynamics calculation presented by literature. Also, a valuable contribution is made by the software in the studies of precipitation and dissolution of nitrides, carbides and carbonitrides in austenite; thus aiding the selection of steels, and/or modification of the chemical composition of standardized steels, by means of adding micro elements; and providing a suitable choice of carbon and nitrogen content when one seeks to control the grain growth at elevated temperatures. Such results can help indirectly in the studies eliminating conventional heat treatment methods, by using micro alloyed steels with controlled cooling and low alloy steels quenched after forging, with overall reducing costs. Besides these considerations, the results presented and the developed procedure can be useful in other areas where grain growth is an important factor, such as in hot rolling and carburizing at high temperature.

Este trabalho foi desenvolvido como parte das atividades relacionadas ao projeto de cooperação internacional Brasil-Alemanha intitulado "Bulk metal formed parts for power plants" pertencente ao BRAGECRIM (Iniciativa Brasil-Alemanha para Pesquisa Colaborativa em Tecnologia de Manufatura), realizado em parceria entre o Laboratório de Transformação Mecânica (LdTM) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e o Instituto de Conformação Mecânica (IBF) da Universidade Técnica de Aachen (RWTH), Alemanha. Este projeto visa o desenvolvimento do processo de forjamento a quente em matriz aberta para a produção de um eixo vazado para aplicação em aerogeradores de energia, em substituição à eixos maciços usualmente obtidos por fundição, visando aumento de desempenho mecânico e redução de peso da estrutura. Neste trabalho buscou-se analisar, por meio de simulação numérica computacional empregando o método de elementos finitos, diferentes parâmetros de forjamento, de modo a indicar a configuração operacional que se mostra mais adequada para a produção de um eixo vazado para a aplicação pretendida. Para isto, foram realizados cinco experimentos numéricos, avaliando a influência de parâmetros de forjamento na qualidade do produto forjado. Alguns parâmetros analisados foram: a sequência operacional de forjamento, geometrias e combinações de matrizes utilizadas industrialmente, razão de mordida, etc. Para as simulações termomecânicas foi utilizado o software de Elementos Finitos PEP/Larstran acoplado ao módulo de simulação de microestrutura Strucsim. O material utilizado nas simulações foi o aço DIN 42CrMo4 (AISI 4140). Os resultados mostraram que, dentre as diferentes combinações e geometrias de matrizes analisadas, o emprego de um par de matrizes côncavas, aplicando a sequência operacional-A analisada, tende a propiciar um produto de mais alta qualidade, promovendo maior uniformidade de deformação e microestrutura mais homogênea. Também, a razão de mordida influencia diretamente na qualidade do produto, sendo que uma razão de mordida na ordem de 0,6 induz graus de deformação maiores e mais profundos na peça forjada, ao mesmo tempo em que exige maiores cargas de conformação. Comparativos entre resultados da simulação e resultados experimentais de ensaios de compressão a quente de corpos de prova cilíndricos foram realizados para validação do software de simulação numérica. Os resultados experimentais mostraram que o software de simulação numérica pode prever com boa aproximação o fluxo de material e a evolução microestrutural durante o forjamento a quente do aço DIN 42CrMo4. / This work was developed as a part of the activities related to the international cooperation project between Brazil and Germany titled "Bulk formed metal parts for power plants" belonging to BRAGECRIM (Brazil-Germany Initiative for Collaborative Research in Manufacturing Technology). This project is in partnership between the Metal Forming Laboratory (LdTM) from the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) and the Institute of Metal Forming (IBF), from Technical University of Aachen (RWTH), Germany. The project aims the development of an open die forging process to produce a hollow shaft for application in wind turbines, replacing the solid shafts usually obtained by casting, in order to increase the mechanical performance and providing weight reduction to wind turbines. The present work aimed to analyze different forging parameters, using Finite Element Method, in order to indicate most suitable forging configuration to the production of a hollow shaft. Five numerical experiments were performed, evaluating the influence of various forging parameters on the quality of the forged product, such as the forging sequence, tool geometries and tool combinations and bite ratio. For thermomechanical simulations the Finite Element software PEP/Larstran was used, coupled to the microstructure simulation module Strucsim. The material used for the numerical simulations was the DIN 42CrMo4 steel (AISI 4140). The results showed that, among the different parameters analyzed, the use of concave dies, applying the operational sequence-A, tends to provide a forged with higher quality, promoting uniform strain distribution and homogeneous microstructure. Also, results showed that a bite ratio around 0,6 provides higher and deeper strain degrees, but requires higher forming loads. Hot compression tests using cylindrical specimens were performed to validate the numerical simulation software, including microstructure evolution. Comparison between simulation and experimental results showed that the numerical simulation software can predict with good approximation the material flow and microstructure evolution during hot forging for DIN 42CrMo4 steel.

Neste trabalho é realizado um estudo teórico-experimental do processo de forjamento a quente em matriz fechada de peças tubulares, denominadas comercialmente por flanges. O material utilizado para fabricação das peças é a liga de alumínio AA 6351. Normalmente, tais peças são forjadas a partir de billets maciços e os furos centrais são, posteriormente, usinados. Desta forma, este trabalho visa o estudo do uso de billets vazados em substituição aos maciços minimizando a perda de material e força necessária para o forjamento que podem ser relativamente significativos dependendo do peso, geometria da peça, e tamanho do lote produzido. O processo de forjamento foi planejado e executado com auxilio de softwares, onde o projeto do ferramental foi realizado em programa de CAD 3D da empresa SolidWorks, e a simulação numérica computacional, aplicada para predizer o comportamento do material no final do forjamento, no programa Simufact. Forming 11.0. Foram analisados, por simulação numérica computacional, dados como a estimativa da força necessária para forjar a peça em estudo, preenchimento da matriz, escoamento do material e as deformações finais. Utilizam-se cálculos analíticos, baseados na Teoria Elementar da Plasticidade (TEP), para estimar a força necessária para o forjamento. Os resultados obtidos experimentalmente validam a utilização de métodos numéricos e analíticos para desenvolvimento de processos de forjamento. Os resultados de força obtidos utilizando o modelo matemático da Teoria Elementar da Plasticidade (TEP) foram os que mais se distanciaram da força real necessária para o forjamento, no caso do billet maciço foi de 2706 kN, enquanto que a força utilizada no experimento foi de 3432 kN e com a utilização do billet vazado a força calculada pela TEP foi de 2579 kN e a real foi de 2451 kN. Já a simulação indica valores necessários de 2432 kN para o billet vazado e 2814 kN para o billet maciço. Conclui-se, então, que com a utilização de billets vazados a força para o forjamento e o material utilizado são inferiores, assim, comprovando sua vantagem em relação ao processo de fabricação convencional. / In this paper is done a theoretical-experimental study of the hot forging process in closed die of tubular components, commercially known as flanges. The material used for the manufacture process of the pieces is AA6351. These pieces are usually forged from massive billets and the central holes are subsequently machined. In this way, this paper aims the use of hollow billets instead of the massive ones, minimizing the loss of material and strength used in forging that can be relatively significant depending on the weight, geometry of the piece and size of the batch produced. The forging process was planned and done with the help of software where the tooling project is performed in CAD 3D from Solidworks, and the computer numerical simulation applied to predict the material behavior at the final of the forging process in Simufact Forming 11.0. Data as strength, die filling, material draining and final deformation are analyzed by computer numerical simulation. Analytical calculation, based on the Plasticity Elementary Theory (TEP), are performed in order to estimate the necessary strength for the forging process. The results, experimentally obtained, validate the use of numerical and analytical methods in forging process development. The strength results obtained using the mathematical model of Plasticity Elementary Theory, were the farthest from the real required strength used in forging. As with the massive billet, the strength was 2706 kN while the strength used in the experiment was 3432 kN and using de hollow billet the estimated strength calculated by the TEP was 2579 kN while the real one was 2451 kN. Yet, the simulation indicates required values of 2432 kN for the hollow billet and 2814 kN for the massive billet. We can therefore conclude that when using hollow billets the strength required in forging and the used material are inferior, thus proving its advantage in relation to the conventional manufacture process.

Neste trabalho foram avaliadas as condições de processamento e caracterização da liga 66Co-28Cr-6Mo utilizada em implantes. Cada lingote foi produzido por meio de fusão a arco voltáico, sob atmosfera de argônio em um cadinho de cobre refrigerado à água. Os resultados foram comparados com aqueles de uma barra da liga 66Co-28Cr-6Mo comercial. A temperatura de forjamento a quente da liga é em torno de 1200º C, pois temperaturas menores levam a fraturas do material no decorrer do forjamento. Na análise química realizada na liga 66Co-28Cr-6Mo obteve-se uma concentração de 0,038%C, ou seja, esta concentração encontrada nos lingotes da liga 66Co-28Cr-6Mo produzida estão dentro das especificações da norma ASTM F1537 para a liga com baixo teor de carbono (0,14%C). Os lingotes apresentaram uma microestrutura policristalina, com presença de defeitos volumétricos (poros) possívelmente advindos do processo de solidificação. Foram realizados ensaios de oxidação nas temperaturas de 1200 oC, 1100 oC, 1000 oC e 900 oC por cerca de 30 minutos para avaliar o grau de oxidação da liga de 66Co-28Cr-6Mo em elevadas temperaturas, pois a conformação mecânica da liga é realizada a quente conforme descrito na norma ASTM F1537. O limite de escoamento à tração da liga 66Co-28Cr-6Mo na condição bruta é em média de 750 MPa e o módulo de elasticidade da mesma liga é, aproximadamente de 158 GPa. Notou-se na liga 66Co-28Cr-6Mo comercial uma microestrutura com grãos refinados, proveniente do processo de forjamento a quente. Além disso, observa-se a presença de maclas, porém não se pode afirmar se este defeito é devido à deformação plástica ou tratamento térmico. O limite de escoamento à tração da liga 66Co-28Cr-6Mo comercial foi de 975 MPa e módulo de elasticidade é, de aproximadamente de 203 GPa. A densidade de corrente de corrosão das ligas 66Co-28Cr-6Mo produzida e comercial são respectivamente 1,9x10-7 e 1,5x10-7 Acm-2. Estes valores indicam uma alta resistência à corrosão de ambas as ligas em solução de Ringer. As amostras das ligas 66Co-28Cr-6Mo comercial e produzida apresentaram uma curva de viabilidade celular acima da linha do índice de citotoxicidade (IC50%) = 50%, ou seja, as ligas são consideradas não tóxica. / In this study we evaluated the processing conditions and characterization alloy 28%Cr 66%Co-6%Mo used in implants. Each ingot was produced by through arc melting arcing under argon atmosphere in a water-cooled copper crucible. The results were compared with those of a commercial bar 66Co-28Cr-6Mo alloy. The temperature of hot forging 66Co-28Cr-6Mo alloy should be around 1200 º C because lower temperatures lead to fracture of the material during forging. In the chemical analysis performed on the alloy 66Co-28Cr-6Mo obtained a concentration 0,038 %C. Indeed the alloy 66Co-28Cr-6Mo produced are within the specifications of ASTM F1537 for the alloy with low carbon (0.14% C). The ingots had a polycrystalline microstructure with the presence of volumetric defects (pores) possibly arised from the solidification process. Oxidation tests were carried out at temperatures of 1200 oC, 1100 oC 1000 oC and 900 oC for about 30 minutes to evaluate the degree of oxidation of 66Co-28Cr -6Mo alloy at high temperatures because of the mechanical forming league will be held hot. The tensile yield strength of the 66Co-28Cre-6Mo alloy is provided and gross average of 750 MPa and elasticity of the same alloy is approximately 158 GPa. It was noted in the 66Co-28Cr-6Mo alloy commercial grain microstructure with a refined, from the hot forging process. Moreover, observed the presence of twinned, but one cannot say whether this defect is due to plastic deformation or heat treatment. The tensile yield strength of the 66%Co-28%Cr-6%Mo alloy trade was 975 MPa and modulus of elasticity is of approximately 203 GPa. The corrosion current density of the 66Co-28Cr-6Mo alloys and commercial produced are respectively 1,9.10-7 and 1,5.10-7 Acm-2. These values indicate a high corrosion resistence of both alloys in Ringer\'s solution. Samples of the commercial and produced 66Co-28Cr-6Mo alloys a curve above the cell viability index of citotoxicity (IC50%) = 50% the alloys are considered non-toxic.

In automotive industry, forgings are widely used especially in safety related applications, typically suspension, brake and steering systems. In this study, forging process of a steering joint used in heavy vehicles has been examined. This particular part has a non-planar parting surface and requires a series of operations, which includes fullering, bending and piercing on a forging press. Forging companies generally use trial-and-error methods during the design stage. Also to ensure complete die filling at the final stage, extra material is added to the billet geometry. However, the forging industry is becoming more competitive finding a way to improve the quality of the product while reducing the production costs. For this purpose, a method is proposed for the design of the preform dies to reduce the material wastage, number of applied strokes and production costs. The designed operations were examined by using a commercially available finite volume analysis software. The necessary dies have been manufactured in METU-BILTIR CAD/CAM Center. The designed process has been verified by the experimental work in a forging company. As a result of this study, remarkable reduction in the flash, i.e. waste of material, has been achieved with a reasonable number of forging operations. In addition to forging of the steering joint, forging of a chain bracket, which has bent sections with planar parting surface, has also been observed and analyzed during the study. An intermediate bending stage has been proposed to replace the manual hammering stage and satisfactory results have been observed in simulations.

Neste trabalho foram avaliadas as condições de processamento e caracterização da liga 66Co-28Cr-6Mo utilizada em implantes. Cada lingote foi produzido por meio de fusão a arco voltáico, sob atmosfera de argônio em um cadinho de cobre refrigerado à água. Os resultados foram comparados com aqueles de uma barra da liga 66Co-28Cr-6Mo comercial. A temperatura de forjamento a quente da liga é em torno de 1200º C, pois temperaturas menores levam a fraturas do material no decorrer do forjamento. Na análise química realizada na liga 66Co-28Cr-6Mo obteve-se uma concentração de 0,038%C, ou seja, esta concentração encontrada nos lingotes da liga 66Co-28Cr-6Mo produzida estão dentro das especificações da norma ASTM F1537 para a liga com baixo teor de carbono (0,14%C). Os lingotes apresentaram uma microestrutura policristalina, com presença de defeitos volumétricos (poros) possívelmente advindos do processo de solidificação. Foram realizados ensaios de oxidação nas temperaturas de 1200 oC, 1100 oC, 1000 oC e 900 oC por cerca de 30 minutos para avaliar o grau de oxidação da liga de 66Co-28Cr-6Mo em elevadas temperaturas, pois a conformação mecânica da liga é realizada a quente conforme descrito na norma ASTM F1537. O limite de escoamento à tração da liga 66Co-28Cr-6Mo na condição bruta é em média de 750 MPa e o módulo de elasticidade da mesma liga é, aproximadamente de 158 GPa. Notou-se na liga 66Co-28Cr-6Mo comercial uma microestrutura com grãos refinados, proveniente do processo de forjamento a quente. Além disso, observa-se a presença de maclas, porém não se pode afirmar se este defeito é devido à deformação plástica ou tratamento térmico. O limite de escoamento à tração da liga 66Co-28Cr-6Mo comercial foi de 975 MPa e módulo de elasticidade é, de aproximadamente de 203 GPa. A densidade de corrente de corrosão das ligas 66Co-28Cr-6Mo produzida e comercial são respectivamente 1,9x10-7 e 1,5x10-7 Acm-2. Estes valores indicam uma alta resistência à corrosão de ambas as ligas em solução de Ringer. As amostras das ligas 66Co-28Cr-6Mo comercial e produzida apresentaram uma curva de viabilidade celular acima da linha do índice de citotoxicidade (IC50%) = 50%, ou seja, as ligas são consideradas não tóxica. / In this study we evaluated the processing conditions and characterization alloy 28%Cr 66%Co-6%Mo used in implants. Each ingot was produced by through arc melting arcing under argon atmosphere in a water-cooled copper crucible. The results were compared with those of a commercial bar 66Co-28Cr-6Mo alloy. The temperature of hot forging 66Co-28Cr-6Mo alloy should be around 1200 º C because lower temperatures lead to fracture of the material during forging. In the chemical analysis performed on the alloy 66Co-28Cr-6Mo obtained a concentration 0,038 %C. Indeed the alloy 66Co-28Cr-6Mo produced are within the specifications of ASTM F1537 for the alloy with low carbon (0.14% C). The ingots had a polycrystalline microstructure with the presence of volumetric defects (pores) possibly arised from the solidification process. Oxidation tests were carried out at temperatures of 1200 oC, 1100 oC 1000 oC and 900 oC for about 30 minutes to evaluate the degree of oxidation of 66Co-28Cr -6Mo alloy at high temperatures because of the mechanical forming league will be held hot. The tensile yield strength of the 66Co-28Cre-6Mo alloy is provided and gross average of 750 MPa and elasticity of the same alloy is approximately 158 GPa. It was noted in the 66Co-28Cr-6Mo alloy commercial grain microstructure with a refined, from the hot forging process. Moreover, observed the presence of twinned, but one cannot say whether this defect is due to plastic deformation or heat treatment. The tensile yield strength of the 66%Co-28%Cr-6%Mo alloy trade was 975 MPa and modulus of elasticity is of approximately 203 GPa. The corrosion current density of the 66Co-28Cr-6Mo alloys and commercial produced are respectively 1,9.10-7 and 1,5.10-7 Acm-2. These values indicate a high corrosion resistence of both alloys in Ringer\'s solution. Samples of the commercial and produced 66Co-28Cr-6Mo alloys a curve above the cell viability index of citotoxicity (IC50%) = 50% the alloys are considered non-toxic.

Les raccords et connexions de caténaires ont un rôle important dans l’intégrité électrique et mécanique des caténaires. Ces pièces sont pour la plupart constituées d’un alliage de cuivre Cu-Ni-Si mis en forme par forgeage à chaud. Dans un contexte de fiabilisation du réseau ferroviaire, l’amélioration de leurs performances et de leurs procédés de fabrication est recherchée. Ces travaux se concentrent sur l’étape de mise en forme de ces pièces, et ont pour objectif de mieux comprendre les couplages matériaux-procédés des alliages Cu-Ni-Si.Une campagne expérimentale de compression est menée. Elle permet de développer un modèle rhéologique à base physique décrivant le comportement d’un alliage Cu-Ni-Si dans les gammes de température 800 - 950 °C et de vitesse de déformation 0.1 - 10 s−1. Il tient compte des phénomènes d’adoucissement par restauration et recristallisation dynamiques. Le modèle ainsi créé est ensuite implémenté dans un logiciel éléments finis.Un nouvel essai de formabilité est proposé. Il permet de reproduire les sollicitations mécaniques rencontrées lors d’un procédé de forgeage et vise à déterminer les conditions limites de formabilité d’un matériau. La mise en forme d’une pièce de référence est étudiée par le biais de cet essai. Sa caractérisation précise en matière de champ de déformations et de contraintes permet d’identifier les paramètres expérimentaux. Les résultats identifient une température limite de forgeage en-deçà de laquelle des fissures sont prédites dans la pièce. / Contact wire splices play a leading role in the electric and mechanical integrity of the catenary systems. Most of these parts are made of Cu-Ni-Si alloys and manufactured by a hot forging process. With the aim of increasing the reliability of the railway network, the improvement of their performances and their manufacturing processes is sought. This work is focused on the forming stage of these parts and aims to give a better understanding of the materials-processes couplings for the Cu-Ni-Si alloys.An experimental campaign including compression tests is conducted. It allows the development of a physically-based model to describe the rheological behavior of a Cu-Ni-Si alloy deformed in the temperature range between 800 °C and 950 °C, at strain rates in the range of 0.1 - 10 s−1. It takes into account the work-softening implied by dynamic recovery and dynamic recrystallization. The model thus created is then implemented in a finite element software.A new workability test is proposed. Its purpose is to reproduce the mechanical conditions encountered in a forming process and to determine the critical conditions of workability related to a material. The forging process of a reference part is studied by means of this test. An accurate characterization of the process in terms of strain magnitude and stress field allows the identification of the experimental parameters. The results lead to the identification of a limit temperature of workability below which fractures are predicted in the part.

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Le forgeage à chaud est un procédé de formage des métaux utilisé pour former des matériaux qui sont difficiles à former à froid ainsi que pour réaliser des géométries complexes. La réduction de la limite d’élasticité à haute température et une augmentation subséquente de l’aptitude à la mise en forme constituent le principal mécanisme à l’origine du procédé. Les méthodes numériques constituent un moyen efficace de prédire les états de contrainte / déformation du produit à différentes étapes de la mise en forme. Bien que les méthodes classiques soient suffisamment précises pour fournir une représentation appropriée du procédé, elles ont tendance à être coûteuses en ressources informatiques. Cela limite leur utilisation dans des cas concret, en particulier pour des études d’optimisation du procédé. L’approche pseudo inverse (API), développée dans le contexte du forgeage à froid 2D axisymétrique, fournit une estimation rapide des champs de contrainte et de contrainte dans le produit final pour une forme initiale donnée. Dans ce travail, l’API est étendue pour inclure les effets thermiques et visco-plastiques dans le procédé de forgeage ainsi que dans le cas général 3D. Les résultats sont comparés aux codes commerciaux disponibles basés sur les approches classiques pour montrer l’efficacité et les limites de l’API. Les résultats obtenus indiquent que l’API est un outil assez efficace pouvant être utilisé à la fois pour des simulations 2D et 3D du forgeage à chaud. / Hot forging is a metal forming process used to form difficult-to-form materials as well as to achieve complex geometries. The reduction of yield stress at high temperatures and a subsequent increase in formability is the primary mechanism that drives the process. Numerical methods provide an efficient means to predict the material yield and the stress/strain states of the product at different stages of forming. Although classical methods are accurate enough to provide a suitable representation of the process, they tend to be computationally expensive. This limits its use in practical cases especially for process optimization. Pseudo Inverse Approach (PIA) developed in the context of 2D axisymmetric cold forming, provides a quick estimate of the stress and strain fields in the final product for a given initial shape. In this work, the PIA is extended to include the thermal and viscoplastic effects on the forging process as well as to the general 3D case. The results are compared with commercially available software, based on the classical approaches, to show the efficiency and the limitations of PIA. The results obtained indicate that PIA is a quite effective tool that can be used for both 2D and 3D simulations of hot forging.