Etude et optimisation d'une gamme de mise en forme à froid en acier haut carbone

This thesis deals with the numerical simulation of cold forming processes, i.e. wire drawing and rolling. First, high carbon steel mechanical behaviour was measured from experiments throughout this range of steel forming and a progressive mechanical anisotropy has been observed during drawing. Secondly, numerical simulations, with FORGE2005®, have been run to simulate the material behaviour during wire drawing and rolling. The main results show that the widening prediction, with an isotropic behaviour law, is not accurate with an underestimation of 10% on the total width. This underestimation is only 5% when an anisotropic behaviour is used. Then, a microstructural study coupled with an analysis of damage mechanisms was done on high carbon pearlitic steels during wire drawing and rolling. The mechanical anisotropy comes from the orientation of the pearlitic colonies in the drawing, and by the emergence of a preferential crystallographic texture. Three damage mechanisms have been identified during drawing. During rolling, damage expansion kinetics are changed because of heterogeneous strain. Simulation enabled to bring further information and to validate previous experimental observations. Finally, drawing optimization calculations have been performed and enabled to study the sensitivity of the cost functions (damage and drawing force) to optimization parameters (drawing die geometry). Moreover this study highlighted that optimal solution depends on the choice of the cost function and identified an opportunity to reduce damage by reducing the die angle without increasing the axial stresses and the fracture risk.Cette thèse porte sur la modélisation par éléments finis des procédés de mises en forme à froid, que sont le tréfilage et le laminage. Tout d'abord le comportement mécanique des aciers haut carbone a été mesuré grâce à une large campagne d'essais expérimentaux tout au long de cette gamme de mise en forme et une progressive anisotropie mécanique a été observée au cours du tréfilage. Puis, la simulation numérique du tréfilage et du laminage a été réalisée à l'aide de FORGE2005®. Le résultat principal concerne la prédiction de l'élargissement en fin de laminage qui est très imprécise avec une loi isotrope (sous estimation de la largeur de 10%). Cette sous-estimation passe à 5% avec une loi de comportement anisotrope. Ensuite, une troisième partie a porté sur l'étude microstructurale couplée à une analyse des mécanismes d'endommagement des aciers perlitiques au cours du tréfilage et du laminage. L'anisotropie mécanique provient de l'alignement des colonies de perlite au tréfilage et par l'apparition d'une orientation cristallographique préférentielle. Trois mécanismes d'endommagement ont pu être identifiés au cours du tréfilage. Lors du passage au laminage, les cinétiques de propagation de l'endommagement sont modifiées. La simulation a permis d'apporter des informations supplémentaires et de valider les observations expérimentales. Enfin, des calculs d'optimisation du tréfilage ont été effectués et ont permis d'étudier la sensibilité des fonctions objectifs (endommagement et force de tréfilage) aux paramètres d'optimisation (géométrie de filière). De plus, cette étude a mis en évidence que les solutions optimales diffèrent en fonction du choix de la fonction coût et qu'il est possible de diminuer l'endommagement sans trop augmenter la force de tréfilage et le risque de rupture