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Influence de la vitesse de refroidissement sur l'évolution de la macroségrégation dans les lingots de grande taille

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Brionne, Gary (2018). Influence de la vitesse de refroidissement sur l'évolution de la macroségrégation dans les lingots de grande taille. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les lingots de grande taille (40 t) sont l’objet d’une hétérogénéité chimique appellee macroségrégation. Celle-ci doit être considérée et identifiée afin d’avoir une meilleure connaissance des propriétés mécaniques au sein du lingot et de certifier la qualité. L’identification expérimentale de la macroségrégation exige énormément de ressources en termes de temps et de coût, ce qui encourage le développement d’outils numériques permettant de prédire les cartes de macroségrégation des lingots de grande taille. Cependant, la bonne prédiction de ces techniques numériques dépend des propriétés du matériau.

Dans le cadre d’un partenariat de recherche avec Finkl Steel (Sorel), un projet d’amélioration de la prédiction de la macroségrégation dans les lingots de grande taille a été mis en place. Ces améliorations ont pour objectif de considérer la cinétique de refroidissement sur les paramètres étudiés (températures de transition de phase et espace interdendritique secondaire (SDAS)). Ainsi deux méthodologies permettant de mesurer expérimentalement ces paramètres en fonction de la cinétique de solidification sont mises en place. Une analyse microstructurale à l’aide d’un microscope optique bifocal AmScope et une analyse thermique grâce à une a DSC Netsch 404 (températures de transition de phase) ont été élaborées. Puis, deux modèles numériques ont été développés, un modèle de solidification unidirectionnelle et un modèle d’un lingot 40 t. Cela, dans le but d’observer l’influence de l’adaptation de ces paramètres en fonction de la vitesse de refroidissement sur la macroségrégation.

Des résultats expérimentaux ont permis de développer une loi de comportement des SDAS en fonction des vitesses de refroidissement lors de la solidification. Puis le comportement des températures de transition a été mesuré montrant que leurs variations sont négligeables pour l’ordre de grandeur des vitesses de refroidissement dans les lingots de grande taille. Pour la partie numérique, le modèle de solidification unidirectionnelle a permis de montrer que l’adaptation des SDAS en fonction de la vitesse de refroidissement a une influence faible sur la macroségrégation pour des SDAS entre 50 et 350 μm. Enfin, des méthodes d’amélioration du logiciel Thercast® ont été illustrées afin de simuler au mieux la macroségrégation dans les lingots de grande taille.

Titre traduit

Influence of the cooling rate on macrosegregation evolution in large-size ingots

Résumé traduit

Large-size ingots (40-ton) are exposed to chemical heterogeneities after solidification called macrosegregation. Such heterogeneities have to be considered and monitored in order to better predict the evolution of mechanical properties and insure the required high quality of the products. The experimental identification of macrosegregation is cost and time-consuming, fostering the use of numerical tools such as FEM software for the prediction of macrosegregation patterns in large-size ingots. However, a proper prediction requires accurate material properties as input parameters.

As part of a partnership with Finkl Steel (Sorel), a research project was carried out to improve macrosegregation prediction in large-size ingots. Such improvements are based on considering the influence of cooling rate on transition temperature and secondary dendritic arm spacing (SDAS). Hence, two experimental methodologies were developed to measure the behaviour of such parameters with cooling rates during solidification. A thermal analysis with a Netsch 404 and a microstructural analysis with a bifocal microscope were carried out. Two numerical FEM models were developed and implemented in the FEM software, TherCast. The first one simulates unidirectional solidification and the second one predicts macrosegregation in a 40- ton ingot. Both were used to analyse the influence of adaptive parameters as a function of the cooling rate on macrosegregation patterns.

Experimental results were used to develop a relation describing SDAS evolution as a function of cooling rate during solidification. Then, the behaviour of the transition temperatures was measured emphasizing an insignificant variation with the order of magnitude of the range of cooling rates. Concerning the numerical analyses, the unidirectional solidification model showed a negligible impact of adaptive SDAS (between 50 and 350 μm) on macrosegregation patterns. Finally, some recommendations were developed to simulate macrosegregation in the large-size ingots.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 155-160).
Mots-clés libres: lingot de grande taille, acier faiblement allié, macroségrégation, vitesse de refroidissement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Jahazi, Mohammad
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 09 avr. 2019 18:43
Dernière modification: 09 avr. 2019 18:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2272

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