Quantification of steel thixoforming process robustness

Ce travail vise à mettre en évidence la robustesse du procédé de thixoformage des aciers via l’étude qualitative et quantitative de l’influence des différents paramètres impliqués dans le processus. Le thixoformage est la mise en forme des métaux à l’état semi-solide et à microstructure globulaire. Dans ces conditions, il a été montré que la consistance du matériau lors de la mise en forme diminue quand la vitesse de cisaillement augmente et que les paramètres régissant son comportement sont dépendants du temps. Etape-clé de cette technologie, le chauffage est étudié au même titre que la déformation. L’influence de la stratégie de chauffage, de la géométrie de l’inducteur et des conditions extérieures est déterminée à l’aide de modélisations et d’essais de réchauffage de lopins. Le transport entre le four et la presse est également abordé. Pour étudier la sensibilité de l’étape de déformation, trois géométries sont utilisées : le filage direct, une pièce d’étude rhéologique et une pièce industrielle. Ici encore, les essais pratiques et la modélisation sont employés de manière complémentaire. Les effets de la température du lopin et de celle des outils, de la vitesse de déformation, de la lubrification et des effets thermiques sont ainsi analysés. Comme pour le chauffage, la répétabilité de la déformation est mise en évidence. Par ailleurs, les défauts et structures obtenus dans les pièces sont présentés avant de discuter de la thixoformabilité des différentes nuances d’acier. En particulier, la qualification d’alliages spécialement dessinés pour le thixoformage ou au contraire réputés difficiles à mettre en oeuvre par cette technique est discutée. Finalement, le problème de la durée de vie des outillages est abordé puisque celui-ci est le dernier obstacle au développement de la technologie.This work aims to assess the robustness of the steel thixoforming process by a qualitative and quantitative study of the influence of the parameters involved in the process. Thixoforming is the shaping of metals in the semi-solid state and with a globular microstructure. In this case, one shows that consistency decreases when shear rate increases and that the process parameters leading the behaviour are time dependent. As a key-step of the technology, heating is studied as well as forming. Influences of heating strategy, inductor’s geometry and external conditions are determined by the help of modelling and heating experiments. Handling system between heating furnace and press is also tackled. To study the forming’s relability and sensitivity, three geometries are used : direct extrusion, a rheological study part and an industrial part. Again, practical experiments and modelling are used in a complementary way. Effects of slug’s temperature, forming speed, lubrication and tool’s temperature are analysed. Repeatability of heating and forming are highlighted. The defects and structures obtained in the parts are presented before discussing the thixoformability of steel grades. In particular, qualification of especially designed grades as well as non adapted grades is discussed. Finally, the tooling wear and lifetime issues are detailed as it is one of the mean locks of the technology industrialisation