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Influence des paramètres de trempe sur l’évolution des propriétés thermo-physiques de l’acier 300M

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Alcaras, Romain (2020). Influence des paramètres de trempe sur l’évolution des propriétés thermo-physiques de l’acier 300M. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les aciers subissent de nombreux traitements thermiques pour atteindre des propriétés mécaniques ciblées. L'acier 300M est ainsi utilisé pour la fabrication des trains d'atterrissage à l'état trempé-revenu. Le traitement thermique de trempe martensitique puis revenu est appliqué sur les pièces juste avant les phases finales d'usinage de finition. Afin de mieux maîtriser la géométrie finale des pièces et d'optimiser ses chaînes de production, l'industriel Safran Landing Systems cherche à prévoir par simulation numérique du procédé les distorsions induites par le traitement thermique de trempe.

Le principe d’essais et erreur étant peu viable économiquement, l’objectif est de prédire ces distorsions par le biais d’un logiciel de simulation. Pour cela la détermination précise du transfert de chaleur en fonction de l'emplacement, de la température et de la vitesse de refroidissement est essentielle. Dans le cadre d’un partenariat de recherche, plusieurs études sont menées pour fournir toutes les entrées nécessaires au logiciel de simulation de l’industriel. Celle qui va suivre dans ce mémoire se concentre sur la détermination de propriétés thermomécaniques de l’acier 300M en fonction de la température et des vitesses de refroidissement. Plusieurs méthodologies sont mises en place pour la détermination de celles-ci. L’utilisation du dilatomètre DIL 805 A/D nous procure la variation de longueur de l’acier en fonction de la température. Un analyseur thermogravimétrique permet de mesurer le flux de chaleur de l’acier 300M en tandem avec sa masse. Aussi, un flash laser nous permet d’identifier la diffusivité thermique. Enfin, la caractérisation de l’acier par le biais de microstructures et d’essais de dureté a été réalisée.

Les résultats expérimentaux ont été traités pour obtenir les propriétés thermiques désirées. Ainsi, des modèles numériques ont été développé pour la densité, le coefficient de dilatation thermique, la chaleur spécifique, la chaleur latente, la diffusivité thermique et la conductivité thermique en fonction de la température et de la vitesse de chauffage et refroidissement. Ces modèles identifiés ont ensuite été confrontés à la littérature existante et l’acier 300M a été caractérisé en fonction de la vitesse de refroidissement.

Titre traduit

Influence of quenching parameters on the evolution of the thermo-physical properties of 300M steel

Résumé traduit

Steels undergo numerous heat treatments to achieve targeted mechanical properties. The 300M steel is thus used for the manufacture of hardened and tempered landing gear. The martensitic hardening and tempering heat treatment is applied to the parts just before the final machining finishing phases. To better control the final geometry of the parts and optimize production lines, Safran Landing Systems is using numerical simulation to predict distortions induced by the hardening heat treatment.

As the trial and error principle is not economically viable nowadays, the objective is to predict its distortions by means of simulation software. For this purpose, the precise determination of heat transfer as a function of location, temperature and cooling rate is essential. Within the framework of a research partnership, several studies are carried out to provide all the necessary inputs to the industrial software. The one that follows in this thesis focuses on the determination of thermomechanical properties of 300M steel as a function of temperature and cooling rates. Several methodologies are used to determine these properties. The use of the DIL 805 A/D dilatometer gives us the length variation of the steel. A thermogravimetric analyzer is used to measure the heat flow of the 300M steel in tandem with its mass. Also, a laser flash allows us to find the thermal diffusivity. Finally, the characterization of the steel by means of microstructures and hardness tests has been carried out.

The experimental results were processed to obtain the desired thermal properties. Thus, numerical models were developed for density, coefficient of thermal expansion, specific heat, latent heat, thermal diffusivity and thermal conductivity as a function of temperature and heating and cooling rate. These identified models were then compared with the existing literature and the 300M steel was characterized as a function of the cooling rate.

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 155-158).
Mots-clés libres: acier 300M, trempe, densité, coefficient de dilatation thermique, chaleur spécifique, chaleur latente
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Jahazi, Mohammad
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 08 déc. 2020 20:54
Dernière modification: 08 déc. 2020 20:54
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2611

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