Damage at the surface of the aluminium alloys cold-forming

La thèse étudie les mécanismes de collage des alliages d’aluminium sur les outils lors de leur mise en forme. Dans un premier temps une méthodologie expérimentale utilisant le banc d’essai USTest proposée. Elle permet de travailler en laboratoire en respectant des conditions de contact proches de celles rencontrées en industries. Une campagne d’essais est réalisée, sollicitant le matériau sous diverses conditions de pression de contact, de vitesse de glissement et de lubrification. Les analyses métallurgiques et mécaniques de cette campagne permettent d’établir un lien entre les conditions de contact d’une part et le transfert de matière sur les outils d’autre part. Un mécanisme d’apparition du collage de l’aluminium sur les outils en forge à froid est proposé. Dans un second temps l’aptitude à prédire l’apparition du collage aux outils des alliages d’aluminium lors de leur mise en forme à froid de quatre modèles d’endommagement et de rupture usuels est étudiée. Un ensemble de simulations numériques est mené pour quantifier l’influence des conditions de contact rencontrées lors des essais UST sur l’état d’endommagement des éprouvettes au voisinage de leur surface. Les résultats montrent que le coefficient de frottement seul n’est pas suffisant pour rendre en compte de la sévérité du tribosystème et qu’une approche multiéchelle est nécessaire pour simuler l’effet de la rugosité des outils sur l’apparition des premiers transferts de matière. De nombreuses perspectives sont également présentées pour améliorer la compréhension des phénomènes de collage et la modélisation numérique de ces phénomènes.The thesis investigates the mechanisms of galling of aluminum alloys on tools during cold forming. First, an experimental methodology using the test bench UST is proposed. It enables the simulation in the laboratory of the conditions of contact similar to those encountered in industries. A series of trials is performed, testing the material in various conditions of contact pressures, sliding speeds and of lubrication. A link between the contact conditions on the one hand and mass transfer on the other hand tools is established and a mechanism of occurrence of adhesion of aluminum on cold forging tools is proposed. In a second step four damage and failure models are presented and their abilities to predict the onset of galling of aluminum are discussed. A set of finite element simulations is performed and compared to experimental results in order to quantify the influence of contact conditions on evolution of damage encountered in the vicinity of the specimen surface. The results show that a single coefficient of friction is not sufficient to model the severity of the tribosystem. A multi-scale approach is then proposed to simulate the effect of the roughness of the tools on the first step of material transfer. Many prospects are also presented to improve the understanding of the phenomena of bonding and numerical modeling of these phenomena