La rectification est un procédé de fabrication permettant d’obtenir des états de surface avec une rugosité très faible. Elle est généralement utilisée sur des matériaux très durs pour lesquels les autres procédés d’usinage ne sont pas adaptés, cependant, ce procédé fait intervenir des mécanismes d’enlèvement matière complexes et difficiles à mettre en oeuvre. Lors du processus de rectification, l'énergie de rectification est principalement convertie en chaleur entre la pièce, la meule, le liquide d'arrosage et les copeaux. Les températures et les flux de chaleur à l'interface meule/pièce dépendent de la géométrie du contact, du matériau rectifié, de la meule (taille de grains, géométrie, densité, porosité, usure), de son dressage, des paramètres de rectification (profondeurs de passe, vitesse d'avance, vitesse de meule, conditions de dressage), des conditions d'arrosage et de lubrification. Les températures élevées peuvent engendrer des transformations métallurgiques superficielles, des gradients de contraintes résiduelles, ainsi que des variations dimensionnelles notables. D’une façon générale l’intégrité de surface peut être grandement modifiée par cette interaction. Les conditions de rectification doivent garantir les critères de qualité et d'intégrité du matériau tout en répondant aux besoins d’augmentation de la productivité en milieu industriel. L'objectif cette thèse a été l'étude mécanico-thermique de l'interface meule/pièce/lubrifiant, dans le but de réduire le risque d'endommagement lors de la rectification d’une denture d’engrenage en acier nitruré et de qualifier les transformations éventuelles impactant l’intégrité de la pièce qui lui est associé. Pour cela nous avons développé plusieurs axes de recherche. Nous avons proposé et vérifié expérimentalement à partir d’une méthode inverse et de mesures de température par thermocouple rectifiable, un modèle de flux thermique permettant, en utilisant une mesure d’effort de prédire le profil de température à l’interface meule/pièce/lubrifiant. Nous avons effectué un comparatif détaillé de meules dans le but de déterminer celle qui permettra pour un état de surface donné de limiter le risque d’endommagement thermique du matériau rectifié. Pour effectuer cette étude, nous nous sommes intéressés à la profondeur de passe maximale admissible de chaque meule avant brûlure. Ce comparatif a été mené à la fois en laboratoire et en milieu industriel. Nous avons ensuite étudié l’influence des endommagements thermiques provoqués par la rectification en étudiant et en qualifiant la microstructure de l’acier nitruré. L’utilisation de moyens de mesure classiques (dureté, MEB EBSD, DRX) ou inédits et peu utilisés sur les brûlures de rectification (bruit Barkhausen, spectroscopie Raman) nous a permis de définir les modifications du matériau endommagé en termes de contraintes résiduelles, de dureté, de tailles de grain et de création d’oxydes. Enfin, nous avons mené une étude détaillée sur l’influence de la lubrification lors de la rectification de notre acier nitruré. Nous avons pour cela modifié indépendamment les débits et vitesses d’arrosage en sortie de buse et observé les changements que cela engendrait sur le profil température dans la zone de rectification et sur le coefficient de répartition de la pièce / The grinding process is very useful to obtain a very precise surface finish. It is generally used on very hard materials which cannot be machined by other conventional machining processes. However grinding involves very complex material removal mechanisms and most of the time is difficult to set up. During the grinding process, the main grinding energy is converted into heat between chip, lubricant, wheel and workpiece. Temperature and heat flux in the grinding zone depend on the contact geometry, on the material, on the wheel (grit size, geometry, porosity, wear), on the dressing, on the grinding parameters (depth of cut, workpiece speed, wheel speed) and on lubrication conditions. High temperatures result in thermal damage such as metallurgical changes, stress gradients, and changes in workpiece dimensions. In general terms, because of this process, surface integrity may be seriously damaged. Grinding parameters have to guarantee the workpiece quality and have to respond to the productivity improvement in machining and cutting industry. The target of this thesis was the mechanical and thermal study of the grinding zone between workpiece, wheel and lubricant in order to reduce the burn risk during the grinding of a nitrided steel gear. The purpose was also to define possible transformations associated to this damage. To achieve it, we developed several research topics. We proposed an experimentally verified heat flux model, usable to predict accurately the nitrided steel temperature in the lubricated grinding zone. This model is based on an inverse method and temperature measurements with a workpiece/foil thermocouple. We made a grinding wheel comparative study in order to determine the wheel capable, for a given workpiece roughness, of limiting the risk of burn. To perform this study, we focused, for each wheel, on the maximum allowable depth of cut before burning. This comparative study was led both in laboratory and industrial conditions. We also studied the influence of thermal damages in grinding by studying and qualifying the nitrided steel microstructure. The use of classical measurement techniques such as: hardness, SEM, EBSD and DRX or original and underused techniques such as Barkhausen noise or Raman spectroscopy permitted to define changes in the burned grinded materials. Between the two states of materials (burned and no burned), we observed differences in hardness, grain size and ferrous oxides creation. At last, we made a detailed study on the lubrication efficiency during grinding of the nitrided steel. For this purpose we changed independently fluid flow and jet speed in outlet nozzle. Then we observed the modifications this could cause on the temperature distribution in the grinding zone and on the workpiece heat partition ratio

L'objectif de ce travail de thèse consistait à développer d'une technologie de mise en forme de poudres d'aciers faiblement alliés nitrurées afin d'introduire le nitrure ε-Fe2-3N dans la masse de la pièce mécanique.Pour atteindre cet objectif, deux voies ont été étudiées :- réaliser des pièces frittées à partir de poudre d'acier nitrurée ou nitrurée-enrobée (contenant une teneur importante en nitrure ε),- nitrurer et densifier une poudre d'acier pendant l'étape de frittage.La nitruration d'une poudre d'acier 4140 lors du frittage en CIC s'est avérée insuffisante vis-à-vis des teneurs en nitrure ε nécessaires pour l'application industrielle.L'étude de la stabilité, en CIC, de la poudre d'acier 4140 nitrurée a démontré la conservation des nitrures γ' et ε en grande proportion jusqu'à des températures de 650°C, quel que soit la nature du cycle de CIC appliqué. L'étude de la stabilité, à 600°C, de poudres d'acier nitrurées placées en capsules scellées a montré une légère dénitruration de ces poudres pendant le traitement.Des essais de densification de ces poudres d'acier nitrurées ont ensuite été réalisés par frittage SPS puis CIC. Afin de densifier les particules d'acier nitrurées, nous avons choisi d'utiliser un liant. Les essais de frittage SPS ont permis de mettre en évidence les paramètres expérimentaux les plus pertinents pour l'obtention d'un matériau dense et comportant le nitrure ε, et de proposer des préconisations sur les compositions acier-liant. Ces compositions ont été testées en CIC avec succès. Deux d'entre elles ont ainsi permis l'obtention de matériaux denses aux propriétés tribologiques et mécaniques satisfaisantes pour l'application industrielle. / The aim of this Ph.D thesis was to develop a technology to shape nitrided low-alloyed steels powders to introduce the ε-Fe2-3N nitride in the volume of the mechanical component.To achieve this goal, two approaches were considered:- the sintering of coated nitrided steel powder or nitrided steel powder (containing a high content of ε nitride),- the simultaneous densification and nitriding of low-alloy steel powder during the sintering step.Nitriding 4140 steel powder during hot isostatic pressing (HIP) does not allow producing sufficient ε-phase content for industrial application.The stability study of nitrided 4140 steel powder during HIP shows that a huge proportion of nitrides (γ' and ε) is conserved at 650°C, regardless of the HIP cycle. The stability study, at 600°C, of nitrided steel powders placed in sealed evacuated glass tubes, shows a slight denitriding of these powders during the process.Thus, densification of these nitrided steel powders was made by spark plasma sintering (SPS) and HIP. To densify the nitrided steel particles, we have used a copper-phosphorous binder. From SPS experiments, we have deduced the most relevant experimental parameters to obtain a dense material containing ε-phase, and we have proposed recommendations on the composition of nitrided steel-binder mixture. The identified compositions were successfully sintered by HIP. Two of them allow obtaining dense materials with interesting tribological and mechanical properties for industrial application.

<p>Proučavane su koroziona postojanost i tendencija lepljenja različitih<br />materijala u kontaktu sa tečnom Al&ndash;Si&ndash;Cu legurom. Ispitivanjem su<br />obuhvaćeni čelik za rad na toplo, plazma nitrirani čelik i dupleks<br />slojevi sa CrN, TiAlN, TiAlSiN i CrAlN prevlakama, različitog nivoa<br />površinske hrapavosti. Za ispitivanja pomenutih fenomena<br />primenjena je metoda izvlačenja, koja je unapređena kako bi se povećale<br />njena tačnost i verodostojnost simulacije procesa livenja. Korozioni<br />efekti su pojačani tako što su uzorci osim kratkog kontakta sa odlivkom<br />zadržavani i u dužim periodima u kontaktu sa tečnom legurom (5 i 20<br />min). Uprkos opštim stavovima, za ispitivane materijale je<br />ustanovljeno da su sile izvlačenja uzoraka iz Al&ndash;Si&ndash;Cu odlivaka<br />nezavisne od njihovog hemijskog sastava. Uticaj hrapavosti je izražen<br />kod uzoraka sa prevlakama kod kojih pri smanjenju hrapavosti dolazi do<br />povećanja sile izvlačenja. Sve ispitane prevlake su sklone mehaničkom<br />lepljenju Al&ndash;Si&ndash;Cu legure za svoje površine, ali sa aspekta korozije u<br />tečnom metalu značajno prevazilaze performanse čelika i plazma<br />nitriranog sloja. Duži kontakt livene legure sa površinama prevlaka<br />uzrokovao je niže vrednosti sila izvlačenja, što je posledica<br />oksidacije površina prevlaka. Ustanovljeno je da su ispitivane<br />prevlake inertne ka tečnoj leguri aluminijuma. Međutim, dolazi do<br />oksidacije i korozije materijala podloge kroz greške rasta koje su<br />prisutne u prevlakama. Stečena znanja o identifikovanim<br />mehanizmima habanja i propadanja zaštitnih slojeva prevlaka<br />poslužiće daljem razvoju dupleks slojeva namenjenih za zaštitu alata<br />za livenje pod pritiskom.</p> / <p>Corrosion resistance and soldering tendency of different materials in molten<br />Al&ndash;Si&ndash;Cu alloy were studied. Hot-working tool steel, plasma nitrided steel and<br />duplex layers with CrN, TiAlN, TiAlSiN and CrAlN top coatings, which were<br />produced to various degree of surface roughness, were covered by the study.<br />An ejection test was employed for investigation of the concerned phenomena.<br />The ejection test was improved in order to increase its accuracy and the<br />reliability of process simulation. Samples were examined in both short and<br />extended periods of contact (5 and 20 min) with liquid casting. Casting<br />solidification was extended in order to intensify the corrosion effects. Contrary<br />to common findings, it was found that the ejection force of the investigated<br />materials does not depend on their chemical composition. For the coated<br />samples, a pronounced dependence of the ejection force on the surface<br />roughness was found. The ejection force increases with decrease in surface<br />roughness. All investigated coatings are prone to mechanical soldering by Al&ndash;<br />Si&ndash;Cu alloy. Still, their corrosion resistance substantially exceeds the corrosion<br />resistance of steel and plasma nitrided layer. Longer exposure of coated<br />samples to cast alloy induced lower ejection forces, which is a consequence<br />of coatings oxidation. It was found that the investigated coatings are inert to<br />liquid aluminium. However, the underlying material undergoes oxidation and<br />corrosion through coating growth defects. The findings concerning the wear<br />mechanisms of protective layers support further development of duplex layers<br />intended for die casting tools protection.</p>