+ 2015 EMP – Mise en compression par impulsions électro magnétiques

OBJECTIF

L’objectif de ce projet est la réalisation d’un prototype de mitigation de pièces mécaniques en acier ou alliage par procédé électro-magnétique pulsé. Cette technique assez récente est principalement utilisée aujourd’hui pour la mise en forme de tôles minces. L’idée consiste à utiliser une fréquence de courant induit supérieure, de l’ordre de plusieurs centaines de kHz ou lieu de quelques dizaines, afin d’activer les effets d’inertie qui deviennent prépondérants en chaque point du volume. L’énergie nécessaire est en revanche bien inférieure, de l’ordre du kJ comparé aux 10 à 50 kJ des procédés EMP de mise en forme. Ainsi il devient possible d’introduire des déformations plastiques – qui in fine produisent des contraintes résiduelles de compression – jusqu’à une profondeur de 10 mm ou plus pour des pièces épaisses. Le niveau de déformation plastique et la profondeur traitée seront pilotés par la fréquence du courant pulsée et l’énergie totale apportée à la pièce, le tout étant prédictible par simulation numérique. C’est ici le principal avantage par rapport aux procédés conventionnels (grenaillage, billage ultrasonore, galetage, etc.). Ce procédé devrait permettre de renforcer le matériau vis-à-vis de l’amorçage de fissures et de leur propagation. Il est aussi attendu une amélioration des propriétés électrochimiques liée à la manière dont les dislocations sont émises et se réarrangent.

 Trois laboratoires Ingénierie@Lyon sont associés sur le sujet, le LaMCoS qui s’intéresse aux procédés innovants et la simulation numérique de ces procédés, Ampère spécialiste de l’électronique de puissance avec des compétences affirmées en électromagnétisme, et Mateis pour l’étude de la microstructure ainsi créée, le mouvement des dislocations et les propriétés électrochimiques. 

RESULTATS                                                                                  DÉMONSTRATEURS
     


Perspectives de valorisation en lien avec l’industrie et les services
Les retombées attendues concernent les domaines industriels où des plaques épaisses sont assemblées, par exemple pour les enceintes sous pression, la construction navale ou l’énergie nucléaire.

- amélioration du point de vue technologique du procédé, pour évoluer depuis le prototype existant à l’heure actuelle, vers un dispositif plus industriel, notamment en termes de robustesse et vitesse de mise en oeuvre. Une partie fondamentale du travail a trait au développement et à l’amélioration des inducteurs. L’amélioration de la tenue mécanique de ceux-ci est fondamentale pour envisager l’exploitation des pleines capacités du dispositif développé et donc de la technologie. Des développements de géométries spécifiques d’inducteurs permettant d’obtenir des répartitions spatiales de contraintes résiduelle ou de traiter des formes de pièces particulières est aussi une perspective forte ;
- réalisation de tests de mise en compression dans le cadre de différentes applications afin d’éprouver les avantages nets du procédé dans différentes configurations. Pour rappel, les effets principaux attendus d’un procédé de mise en compression sont une augmentation de la dureté superficielle des pièces traitées (ici sur une épaisseur nettement plus importante que ce que les matériaux actuels permettent de traiter), une amélioration de leur durée de vie en fatigue du fait de l’introduction de contraintes résiduelles judicieusement réparties mais aussi de potentiels effets bénéfiques sur la résistance à la corrosion.