Expérimentation des essais de caractérisation

Bi-poinçonnement

L’essai du bi-poinçonnement d’un bi-matériaux est utilisé dans ces travaux pour étudier la possibilité de création de la liaison métallurgique à l’interface de deux nuances d’aciers, C45 et 25CrMo4, suivant un mode de déformation plane. Selon ce mode, l’expansion des surfaces à l’interface des matériaux est obtenue suivant une dilatation unidirectionnelle. L’expansion de surface et la pression normale de contact à l’interface sont identifiées comme étant les deux paramètres clés d’établissement de la liaison. L’objectif de cette partie est de présenter l’effet du taux d’écrasement sur l’établissement de la liaison à l’interface à une température de 1100°C via l’essai du bi-poinçonnement.

Protocole expérimental

L’objectif de l’essai du bi-poinçonnement est de caractériser l’établissement de la liaison métallurgique à l’interface des deux aciers C45 et 25CrMo4 suivant le mode 1 (voir chapitre 2) de déformation. L’essai consiste à bi-poinçonner des lopins bi-matériaux composés de deux pièces parallélépipédiques avec comme dimensions 1208010 pour chaque pièce. Les deux pièces sont superposées comme le montre la figure 78-a. Les pièces supérieure et inférieure sont constituées respectivement de l’acier au carbone C45 et de l’acier faiblement allié 25CrMo4. Au plan de joint des deux matériaux, deux points de soudure TIG ont été réalisées afin de maintenir les deux pièces ensemble pendant la chauffe et le transfert entre le four et la presse. Ces points de soudure sont placés de telle manière à ne pas perturber la déformation pendant le déroulement de l’essai. Avant le bi-poinçonnement, la préparation des lopins bi-matériaux passe par les étapes suivantes : découpage plasma, dégraissage suivi du sablage afin d’enlever les couches d’oxydes et de contaminants sur les surfaces, ensuite la chauffe dans un four électrique jusqu’à des températures de 1100°C pendant 2 heures sous argon pour limiter l’oxydation et finalement la forge sous une presse hydraulique de 600 tonnes avec une vitesse de forgeage de 30mm/s (Figure 78-b). Trois taux d’écrasement ont été testés : 50%, 70% et 80%. Le contrôle de ces taux pendant l’essai est réalisé via des cales composées des chandelles et d’empilement de plaques.  Figure 78 : Dispositif expérimental de l’essai de bi-poinçonnement : (a) pièces bimatériaux et (b) essai du bi-poinçonnement sous la presse hydraulique. Les entrées/sorties de l’essai du bi-poinçonnement sont illustrées sur la figure 79. D’une part, les entrées concernent principalement la température initiale du lopin, le taux d’écrasement et les matériaux composants le bi-matériaux. D’autre part, les données de sortie, à savoir la géométrie de la pièce et de l’interface ainsi que les courbes effort-déplacement, serviront à identifier les paramètres de la simulation (voir quatrième chapitre). Chaque taux d’écrasement est testé trois fois pour évaluer la répétabilité de l’essai. Figure 79 : Entrée/sorties de l’expérimentation de l’essai du bi-poinçonnement.

Géométries des pièces et effort de mise en forme

L’analyse des résultats expérimentaux issus des essais de bi-poinçonnement a été réalisée à travers les éléments de sorties présentés sur la figure 79 et qui sont : – Forme globale de la pièce : celle-ci est traduite par les angles d’ouverture des tôles C45 et 25CrMo4 et l’épaisseur de la zone bi-poinçonnée après déformation ef (voir figure 80-a). En raison de l’asymétrie des pièces après le bi-poinçonnement, les valeurs des angles de droite et de gauche,  1 C45 et  2 C45 pour le C45 et  1 25CrMo4 et  2 25CrMo4 pour le 25CrMo4, ont été prises. – Forme de l’interface : elle définit la répartition des deux matériaux entre les poinçons. Elle est le résultat de la variation des épaisseurs relatives eC45(x) et e25CrMo4(x) des deux matériaux tout au long de l’interface entre les poinçons (voir figure 80-b). – Courbes effort déplacement : L’instrumentation de la presse hydraulique permet d’obtenir les courbes de l’effort de mise en forme en fonction du déplacement.Figure 80 : Résultats expérimentaux : (a) forme globale de la pièce et (b) forme de l’interface. 

Géométrie de la pièce

La forme globale de la pièce est fortement dépendante du taux d’écrasement réalisé. Afin d’identifier cette dépendance les angles d’ouvertures moyens et les épaisseurs finales des zones bi-poinçonnées ont été mesurées et comparées. Les résultats des mesures sont répertoriés dans le tableau 8. Les valeurs des angles des deux côtés de la pièce sont prises pour chaque matériau vu l’asymétrie obtenue à la fin du bi-poinçonnement. Globalement, les valeurs des angles d’ouvertures augmentent avec l’augmentation du taux d’écrasement. Les ouvertures du matériau du bas, 25CrMo4, sont plus petites que celles du matériau du haut, C45 ( 1 C45   1 25CrMo4 et  2 C45   2 25CrMo4). Ceci est surtout vrai pour le faible taux d’écrasement (50%). Pour les taux d’écrasement de 70% et 80%, l’écart entre les deux matériaux se resserre, ceci étant certainement l’effet du contact entre les tôles et l’outillage.