Etude de comportement des composites fritté a différentes températures.

1. République Algérienne Démocratique et PopulaireMinistère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche ScientifiqueUniversité des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Faculté de Génie Mécanique et de Génie des Procédées Département Sciences des Matériaux Mémoire présenté pour l’obtention du diplôme d’ingénieur d’état en génie mécanique Option : Sciences des Matériaux Dans le thème est : ETUDE DE COMPORTEMENT DES COMPOSITES FRITTES A DIFFERENTES TEMPÉRATURES Proposé et encadré par : MMalik TATA Co-encadré par : M Mounir TATA Présenté par : DJEBLOUN KHALED Juillet 2011

2. Plan de présentation Métallurgie des poudres et infiltration. Contexte industriel. Etude expérimentale et moyens de caractérisations. Résultats et interprétations. Conclusion générale. Perspectives.

3. Métallurgie des poudres, infiltration et pré-requis Métallurgie des poudres : La métallurgie des poudres offre la possibilité de mouler des poudres de métaux usuels sous la forme de pièces définitives contribuons à créer l'industrie des pièces frittées. La technique consiste à l’utilisation de poudres métallique, suivie d’une mise en forme par compactage à haute pression et pour finir le frittage proprement dit. L’avantage inégalé de la fabrication des pièces par métallurgie des poudres consiste en la réalisation de pièces de formes complexes, de duretés importantes et de grande série aussi le fait de ne pas mener la poudre compactée à température de fusion.

4. Métallurgie des poudres et infiltration Infiltration des mélanges de poudre libre: Permet la densification par infiltration de grandes variétés de poudres disposées librement (non compactées, ni pré-frittées) par des infiltrant métalliques . Lors de l'infiltration, le liquide qui vient de l’extérieur entre en contact avec le solide poreux, et pénètre dans le système de pores . Après infiltration, la consolidation est obtenue par le phénomène de frittage en phase liquide. Liant métallique Poudre Consolidé

5. Contexte industriel Le procédé de frittage en phase liquide par infiltration (procédé SILP) de poudres libres à base de W, WC et Ni est utilisé par l’entreprise nationale (ALDIM) qui est spécialisée en services aux puits. Cette technique est utilisée pour réaliser des outils de forages pétroliers et miniers de formes et de géométrique complexes, résistant à l’érosion et aux abrasions (outils diamantés destinés au forage pétrolier et minier). La densification des différentes poudres étudiées est assurée par un alliage généralement à base de cuivre, utilisée comme infiltrant. La société en question nous a ouvert ces portes pour l’élaboration de nos échantillons par infiltration.

6. Gamme de produit fabriqué par ALDIM Couronnes Outils PDC Outils miniers

7. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Objectif de notre étude 143 143 129 170 142 265

8. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Objectif de notre étude Dans le cadre de développement des outils de forage fabriqués par l’unité, et par soucis d’améliorer les propriétés de ces dernières une action directe sur les produits de base a été mené à savoir les poudres à infiltrer pour se faire, on c’est intéressé a un des paramètres opératoires du frittage par infiltration des poudres libres qui est la températures de frittage. Afin d’atteindre l’objectif en question une feuille de route a été tracée.

9. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Plan de travail

10. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Elaboration Poudres et liant utilisé COMPOSITION MASSIQUE DES POUDRES UTILISEES COMPOSITION MASSIQUE DU LIANT UTILISE

11. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Elaboration Réalisation des moules (A) VUE DE DESSUS DU MOULE, (B) COUPE A-A PHOTOGRAPHIE DU MOULE AVEC LA PERCEUSE

12. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Elaboration Opération de frittage aux trois température FOUR D’ELABORATION CYCLES THERMIQUE DE FRITTAGE

13. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Elaboration Résultat finale ENSEMBLE DES CONSOLIDES REALISES AUX DIFFERENTES TEMPERATURES

14. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Moyens de caractérisation Métallographie MICROSCOPE OPTIQUE DE MARQUE NIKON- EPIPHOT 300. PHOTOGRAPHIE DU MEB TYPE JEOL JSM 6830 (LGSM)

15. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Moyens de caractérisation Caractérisation mécanique MACRODUROMÈTRE DE MARQUE TESWELL MICRODUROMÈTRE DE TYPE PERSI (LGSM)

16. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Moyens de caractérisation Caractérisation numérique MICROGRAPHIE OPTIQUE MICROGRAPHIE APRÈS TRAITEMENT

17. Etude expérimentale et moyens de caractérisations Moyens de caractérisation Caractérisation numérique, logiciel ImageJ Calcul de la surface Calcul de la fraction surfacique FENÊTRE PRINCIPALE DU LOGICIEL DE TRAITEMENT D’IMAGE IMAGEJ

18. Résultats et interprétation Morphologie des poudres : W WC Ni MICROGRAPHIE ELECTRONIQUE EN ELECTRONS SECONDAIRES POUDRE C (265) Ni : forme sphéro-granulaire W : forme polygonale WC : forme irrégulière aux angles vifs

19. Résultats et interprétation Caractérisation du liant (Bronze spécial) : I1 I2 I3 MICROGRAPHIE OPTIQUE GROSSISEMENT X50 DE L’INFLITRANT. I1 (1000°C), I2 (1180°C), I3 (1250°C) Les observations métallographiques du liant pour les 3 températures de traitement, révèlent la présence d’une structure dendritique sans orientation préférentielle. L’effet de température n’influe pas sur le grossissement de la structure du liant, ainsi qu’au taux de porosité

20. Résultats et interprétation Caractérisation du liant (Bronze spécial) : Pt 1 Pt 2 Pt 3 Pour les 3 températures, les 3 échantillons présentent un aspect spécifique de la structure dendritique constitué de trois zones distinctes : Pt1 : zone riche en cuivre (zone claire) : axe principale et secondaire de la dendritePt2 : zone eutectiquePt3 : zone riche en étain (entourée généralement par l’eutectique)

21. Résultats et interprétation Caractérisation du liant (Bronze spécial) : Résultat de la micro-dureté HV 0.1 D’après les résultats on constate que les valeurs de dureté sont pratiquement constantes pour les liants de température 1180 et 1250°c contrairement à l’échantillon réalisé à la température de 1000°c ou les valeurs de la micro-dureté varie de 224 à 330. DURETE HV 0.1 DU LIANT

23. Porosité moins visible à la température 1250°c

25. Résultats et interprétation Caractérisation des infiltrés : Résultats et constatations métallographique Consolidés A (143) A2/ 1180°C Dissolution du nickel Arrondissement des particules de W MICROGRAPHIE OPTIQUE GROSSISEMENT X200 (A2) INFILTRATION A 1180°C

26. Résultats et interprétation Caractérisation des infiltrés : Résultats et constatations métallographique Consolidés A (143) A3/ 1250°C Dissolution partielle du W Dissolution du nickel Arrondissement des particules de W MICROGRAPHIE OPTIQUE GROSSISEMENT X200 (A3) INFILTRATION A 1250°C

30. Résultats et interprétation Caractérisation mécanique: Micro-dureté HV 0.1 455,5 481,6 576,8

31. Résultats et interprétation Caractérisation mécanique: Micro-dureté HV 0.1 341,3 437,7 496,2

32. Résultats et interprétation Caractérisation numérique : Etude de porosité a l’aide du logiciel de traitement d’image ImageJ Consolidés A

33. Résultats et interprétation Caractérisation numérique : Etude de porosité a l’aide du logiciel de traitement d’image ImageJ Consolidés B

34. Résultats et interprétation Caractérisation numérique : Etude de porosité a l’aide du logiciel de traitement d’image ImageJ Consolidés C

35. Conclusion Dans les limites des moyens qui nous on été conféré on a essayé tous de même de mener une étude de caractérisation sur les infiltrés, aussi nous avons tenté de comparer la densification de nos composés réalisés aux différentes températures de frittage (1000, 1180 et 1250°c) et d’après cette étude il en ressort : La morphologie des particules de W, Ni et WC est respectivement polygonale, spherogranulaire très marqués, et irrégulier, aux angles vifs. Les observations métallographiques du liant pour les 3 températures de traitement, révèlent la présence d’une structure dendritique sans orientations préférentielle avec 3 zones distinct.

36. Conclusion La caractérisation mécanique (HV 0.1) du liant révèle des variations des valeurs de la micro-dureté pour les températures inférieures à 1050°c. L’aspect morphologique des grains de W présentent un arrondissement des angles des formes polygonales initiales moins visible à la température 1000°c et plus prononcé dans le cas d’infiltration à la température 1250°C. Les valeurs de la micro-dureté des infiltrés sont proportionnelles à l’élévation de la température de frittage. D’après l’analyse quantitative réalisée avec le logiciel de traitement d’image imageJ sur le pourcentage (fraction surfacique) des pores on constate que la porosité est inversement proportionnelle à l’élévation de température.

37. Perspectives Sachant que les outils de forage et miniers fabriqués par l’unité ALDIM subissent un temps de maintien de 30 minutes pour une température de 1180°c cela pour des pièces de 6 " ainsi comme perspective de notre travail une étude complémentaire sur le temps de maintien pour arriver à trouver une combinaison de température de frittage éventuellement supérieurs a 1180°c qui fera diminuer la porosité et un temps de maintien plus court pour économiser l’énergie.

38. Questions / Réponses Merci pour votre attention