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Formability extension of aerospace alloys for tube hydroforming applications

Anderson, Mélissa (2016). Formability extension of aerospace alloys for tube hydroforming applications. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Tube hydroforming (THF) is an innovative metal forming process using a pressurized fluid in a closed die to produce complex shapes from tubular starting material. This process has many advantages (weight reduction, reduced tooling and assembly costs, fewer numbers of operations, superior products quality) but remains unconventional in aeronautics because of the limited formability of aerospace alloys. The main objective of the research conducted during this thesis is to study a method for increasing the formability of two designated aerospace alloys by the use of a multi-step forming method that includes cycles of forming followed by intermediate heat treatment steps. An extensive literature review on existing methods to improve the formability of aerospace alloys as well as on the available softening heat treatments has allowed the implementation of an appropriate experimental procedure. This process consists of several sequences of forming followed by successive heat treatments until obtaining the final part. The insertion of intermediate steps of heat treatment as well as the combination "deformation + heat treatment" influences the mechanical and metallurgical behavior of the alloys. Thus, a complete characterization of the materials had to be conducted at each stage of the process. From a mechanical point of view, the effect of heat treatment and more generally the effect of the multi-step forming process itself on the mechanical properties and constitutive laws of the alloys have been studied in detail. At the metallurgical level, the influence of the process on the microstructural characteristics of the alloys such as grain size, phases in presence and texture has been analyzed. These two parallel studies have allowed to understand completely and in details the impact of metallurgical modifications induced by the multistep process on the macroscopic mechanical behavior and final properties of the part.

Titre traduit

Amélioration de la formabilité d'alliages aéronautiques pour leur mise en forme par hydroformage de tubes

Résumé traduit

L’hydroformage de tube est un procédé novateur de mise en forme du métal qui utilise la pression d’un fluide, généralement de l’eau, dans une matrice fermée pour déformer plastiquement des pièces d’épaisseur faible et fabriquer ainsi des composants tubulaires de géométries complexes. Ce procédé possède de nombreux avantages tels que la réduction du poids des pièces, la diminution des coûts lies à l’outillage et l’assemblage, la réduction du nombre d’étapes de fabrication et l’excellent état de surface des pièces hydroformées. Cependant, malgré tous ces atouts, l’hydroformage reste un procédé marginal dans le domaine aérospatial à cause de plusieurs facteurs dont la formabilité limitée des alliages aéronautiques. L’objectif principal de la recherche conduite dans le cadre de cette thèse est d’étudier une méthode pour augmenter la formabilité de deux alliages aéronautiques désignés par l’utilisation d’un procédé de mise en forme multi-étapes qui inclue des cycles de mise en forme suivis d’étapes de traitement thermique intermédiaires. Une revue de littérature exhaustive sur les méthodes existantes pour améliorer la formabilité des matériaux visés ainsi que les traitements thermiques d’adoucissement disponibles a permis d'établir une procédure expérimentale appropriée. Ce procédé comprend plusieurs séquences de mise en forme suivie de traitement thermique successives jusqu’à l’obtention de la pièce finale. L’insertion d’étapes de traitements thermiques intermédiaires ainsi que la combinaison « déformation + traitement thermique » influencent le comportement mécanique et métallurgique des alliages. De ce fait, une caractérisation complète des matériaux a été conduite à chaque étape du procédé. D’un point de vue mécanique, l’effet des traitements thermiques et plus généralement du procédé multi-étapes sur les propriétés mécaniques et lois constitutives des alliages a été étudié en détail. Au niveau métallurgique, l’influence du procédé sur les caractéristiques microstructurales des alliages tels la taille de grains, les phases en présence et la texture a été analysée. Ces deux études parallèles ont permis de comprendre de façon complète et détaillée l’impact des modifications métallurgiques induites par le procédé multi-étapes sur le comportement mécanique macroscopique et les propriétés finales de la pièce.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 148-157.
Mots-clés libres: Hydroformage. Tubes métalliques. Acier inoxydable Travail à froid. Alliages réfractaires Travail à froid. Acier inoxydable Formabilité. Alliages réfractaires Formabilité. Acier inoxydable Traitement thermique. Alliages réfractaires Traitement thermique. Acier inoxydable Propriétés mécaniques. Alliages réfractaires Propriétés mécaniques. Acier inoxydable Microstructure. Alliages réfractaires Microstructure. Aéronautique Appareils et matériel Industrie. alliages aéronautiques, superalliage, mise en forme multi-étapes, traction, expansion libre, traitements thermiques intermédiaires
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bocher, Philippe
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Gholipour Baradari, Javad
Jahazi, Mohammad
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 16 févr. 2017 21:00
Dernière modification: 16 févr. 2017 21:00
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1814

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