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Étudier la microstructure pour prédire le comportement des matériaux - Par : Mohammad Jahazi,

Étudier la microstructure pour prédire le comportement des matériaux


Mohammad Jahazi a reçu le prix d’excellence Recherche du Conseil d’administration lors du Gala reconnaissance 2018 de l’ÉTS en raison des activités de recherche prolifiques de la Chaire de recherche industrielle en technologies de mise en forme des alliages à haute résistance mécanique, dont il est le titulaire. Cette chaire bénéficie du plus important financement à l’ÉTS.

 

Mohammad Jahazi
Mohammad Jahazi Profil de l'auteur(e)
Mohammad Jahazi est professeur au Département de génie mécanique à l’ÉTS. Ses recherches portent sur les interactions entre les procédés de fabrication, la microstructure des matériaux et les propriétés mécaniques.
Programme : Génie mécanique 

Microstructure d’un solide mis en forme

L’image d’en-tête est de l’auteur et est soumise à la licence CC de Substance.

Voyage dans l’infiniment petit…

On considère généralement que les solides, contrairement aux gaz et aux liquides, sont inactifs. En fait, les solides sont constitués d’atomes empilés en structures cristallographiques, formées de manière à minimiser l’énergie. Ces structures varient selon les atomes présents et le procédé utilisé pour mettre en forme les objets, et sont à l’origine des différences de propriétés observées d’un solide à l’autre.

La mise en forme d’objets métalliques peut créer des contraintes internes, lesquelles sont source de distorsions faisant en sorte que les pièces ne respectent plus les dimensions de conception des dessins techniques. Parfois, une déviation de plus ou moins deux degrés est suffisante pour rendre une pièce inutilisable et entraîner des pertes de plusieurs centaines de milliers de dollars.

Les chercheurs de la Chaire de recherche industrielle en technologies de mise en forme des alliages à haute résistance mécanique étudient l’évolution des microstructures obtenues sous l’effet des paramètres de mise en forme afin de les relier aux propriétés finales des objets fabriqués.

… jusqu’au très grand!

La conception d’une pièce métallique commence par la détermination des éléments qui la composeront. L’ajout d’une toute petite quantité d’atomes dans le réseau cristallin d’un autre matériau peut changer drastiquement les propriétés mécaniques de ce dernier.

Par la suite, pour fabriquer de grosses pièces, comme un train d’atterrissage ou encore une aube de turbine ou d’éolienne, on effectuera habituellement une coulée, soit le chauffage du matériau jusqu’à sa fusion, puis sa solidification dans un moule. La pièce ainsi obtenue est presque finale dans environ 20 pour cent des cas après cette mise en forme primaire. Les 80 pour cent restants doivent être soumis à des procédés de mise en forme secondaire avant la finition : laminage, forgeage, extrusion…

Refroidissement après coulée

 

Plusieurs variables auront un effet sur les propriétés obtenues à commencer par la température de la coulée et la manière dont les pièces sont refroidies. Toutefois, ce sont les paramètres de la mise en forme secondaire qui auront une importance cruciale sur le comportement de l’objet fabriqué. Par exemple, si une presse est utilisée, la vitesse de déformation, le pourcentage de déformation ainsi que la température à laquelle cette opération est effectuée  auront tous une grande influence sur les performances d’un objet au final. Cette influence n’est pas facile à prédire du fait des interactions qui existent entre ces paramètres.

Refroidissement après coulée

De la méthode essais-erreurs à l’ingénierie des matériaux par modélisation intégrée

Procédé de mise en forma secondaireLes coûts de fabrication de nouvelles pièces ou de nouveaux matériaux, comme un arbre de turbine ou un nouvel alliage plus léger mais plus résistant pour l’industrie automobile, sont exorbitants. On ne peut donc plus se permettre de créer de nouveaux produits par la méthode traditionnelle d’essais-erreurs. Pour limiter les essais et donc les coûts, l’ingénieur en matériaux doit tenter de comprendre comment les différents paramètres de mise en forme influencent la microstructure comme la taille des grains, la forme, la composition, la distribution des différentes phases, etc.

Des modèles mathématiques précis doivent être développés afin de limiter les essais de fabrication au minimum et d’obtenir des produits performants. Ces modèles fort complexes ont pour objectif de relier les paramètres du procédé de mise en forme aux caractéristiques de la microstructure du matériau obtenu ainsi qu’à ses propriétés. Ils doivent être capables de relier les caractéristiques du niveau microscopique au comportement du niveau macroscopique., d’où le besoin de connaître les lois qui régissent l’évolution de la microstructure.

 

 

 

 

Mohammad Jahazi

Profil de l'auteur(e)

Mohammad Jahazi est professeur au Département de génie mécanique à l’ÉTS. Ses recherches portent sur les interactions entre les procédés de fabrication, la microstructure des matériaux et les propriétés mécaniques.

Programme : Génie mécanique 

Chaire de recherche : Chaire de recherche industrielle en technologies de mise en forme des alliages à haute résistance mécanique 

Laboratoires de recherche : LIPPS – Laboratoire d'ingénierie des produits, procédés et systèmes  LOPFA – Laboratoire d’optimisation des procédés de fabrication en aéronautique 

Profil de l'auteur(e)