Upload
buikhue
View
228
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Le 28 Septembre 2010
ENSMMBesançon
« Procédé MIM : Comparaison des qualités microstructurales de pièces
issues du MIM et des technologies plus traditionnelles »
Delphine AUZENE, Ingénieur Responsable du Département POUDRES
I. Présentation du CRITT-MDTS
II. Bref rappel sur la technologie MIM
III. Caractéristiques métallographiques :
Etude comparative sur le titane T40,
Etude comparative sur l’acier inoxydable 316L,
IV. Comparaison des caractéristiques mécaniques:
Pour l’acier 42CrMo4
Pour le titane grade 4
Pour l’inox 316L
V. Perspectives et Conclusion
Sommaire
Le CRITT-MDTS
Qualité Environnement Sécurité
ISO 9001, ISO 14001 et OHSAS 18001ISO 9001, ISO 14001 et OHSAS 18001
AccrAccr ééditation COFRAC ESSAIS :ditation COFRAC ESSAIS :- 29.1 / matériaux métalliques : essais mécaniques- 29.2 / matériaux métalliques : détermination de la composition chimique des métaux ferreux et non ferreux- 29.4 / matériaux métalliques : essais physiques et physico-chimiques (1988)- 136 / essais sur implants orthopédiques (1996)- 100.1 / analyse des eaux résiduaires (2003)
AccrAccr ééditation COFRAC ETALONNAGE :ditation COFRAC ETALONNAGE :- Métrologie dimensionnelle pour instruments à cotes variables & instruments à cotes fixes
Homologations :Homologations :- Agréments Renault DiMat, SAFRAN,…
Nos compétences
Analyse et essais
• Essais mécanique• Essais de frottement• Essais climatiques et
de corrosion• Essais non destructifs• Analyse chimique• Analyse des eaux
résiduaires• Métallographique• Micro analyse• Métrologie
dimensionnelle• Métrologie des
températures• Contrôles de propreté
de surface
Plateforme technologique – R&D
• Plasma froid (activation de surface et CVD)
• Traitements thermiques• Dépôts physiques en
phase vapeur• Dépôts par projection
thermique• Dépôts par PTA• Métallurgie des poudres
(MIM)• Recherche
bibliographiques• Conception, simulation
E x p e r t i s e
CONSEIL
f o r m a t i o n
Interreg efface les frontièresInterreg doet grenzen vervagen
Union Européenne- Fonds Européen de Développement RégionalEuropese Unie – Europees FondsVoor Regionale Ontwikkeling
Projet inter-frontalier INTERREG IV
Le CRITT-MDTS travaille en collaboration avec le SIRRIS pour le développement du procédé PIM dans la région transfrontalière entre la Wallonie et la France.
Les thématiques sont :
Déliantage à l’eau,
Surmoulage,
Réalisation d’éprouvettes composites en bi-matière
Préparation du feedstock
Rappel sur la technologie MIM
1 2 3 4Presse d’injection Four de déliantage Four de frittage
30s 15h6h
Principe du frittage
Frittage par diffusion thermique
< Température de fusion
-20%
Pièce brune Pièce frittée
1000-1380°C et durée du palier de frittage
Ar / H 2 / N2
Elimination de la porosité ouverte
Elimination de la porosité fermée
Consolidation / densification / établissement de liaisons entre grains du solide divisé / élimination de la porosité
50-60% d(théorique)
94-99% d(théorique)
Etude métallographique
Deux nuances sont étudiées :
� le titane pur T40,
� l’acier inoxydable 316L
Trois procédés sont comparés :
� le forgeage,
� le laminage,
� la technologie MIM
Titane T40
Etude métallographiqueNuance titane T40
Taux de porosités : 0.80%Pas d’inclusion observée
5/68/9Taille de grain: -1/3
216HV1216HV1206HV1
Microstructure monophasée alpha (Attaque au réactif de Weck)
Métallurgie des poudresPièce laminéePièce forgée
Maillon estampé Profilé MIM
Gx200 Gx200 Gx200
Acier inoxydable 316L
Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L
Fibrage et inclusions
Taille de grain: -/4
148HV1
Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)
Pièce forgée
Came estampée
Gx200Gx50
Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L
Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)
Fibrage et inclusion
Profilé : 6 (sens long) / 9 (sens travers) – Goupille : 6 (sens long)/10 (sens travers)
Profilé : 233HV1 (sens long) / 246HV1 (sens travers)Goupille : 354HV1 (sens long) / 324 HV1 (sens travers)
Pièces laminées
Profilé
Gx200
Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L
Sens travers
Gx200
Gx50
Sens long
Au bord
A coeur
Gx50
Gx200
233HV1246HV1
Taille de grain : 6 (bord) / 9 (coeur)Taille de grain : 6 (bord) / 9 (coeur)
Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L
Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)
Fibrage et inclusion
Profilé : 6 (sens long) / 9 (sens travers) – Goupille : 6 (sens long)/10 (sens travers)
Profilé : 233HV1 (sens long) / 246HV1 (sens travers)Goupille : 354HV1 (sens long) / 324 HV1 (sens travers)
Pièces laminées
Goupille : 1.2 mm de diamètre
Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L
Sens travers
Gx200
Gx50
Sens long
Au bord
A coeur
Gx50
Gx200
354HV1 324 HV1
Taille de grain : - (bord) / 6 (coeur) Taille de grain : - (bord) / 10 (coeur)
Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L
Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)
Taux de porosités : 0.13%
6/7
127HV1
Métallurgie des poudres (MIM)
Gx50 Gx200
Etude métallographiqueNuance acier inoxydable 316L
Fibrage et inclusion Taux de porosités : 0.13%Fibrage et inclusions
6/7Profilé : 6 (sens long) / 9 (sens travers) – Goupille : 6 (sens
long)/10 (sens travers)Taille de grain: -/4
127HV1
Profilé : 233HV1 (sens long) / 246HV1 (sens travers)
Goupille : 354HV1 (sens long) / 324 HV1 (sens travers)
148HV1
Microstructure austénitique maclée (Attaque électrolytique à l’acide oxalique)
Métallurgie des poudresPièces laminéesPièce forgée
Came estampée Profilé MIMGoupille
G x 200
Etude mécanique
Trois nuances sont étudiées :
� L’acier 42CrMo4
� le titane pur grade 4,
� l’acier inoxydable 316L
Deux procédés de fabrication :
� laminage
� MIM
42CrMo4
Etude mécaniqueComparaison des caractéristiques mécaniques du 42CrMo4 selon la technologie de mise en oeuvre et le
traitement thermique
500
1014,3
1082,5
273,7
926,7
777
0
200
400
600
800
1000
1200
42CrMo4brut de frittage
42CrMo4fritté trempé revenu
42CrMo4 issu de la métallurgie traditionnelle trempé
revenu
Mpa
Rm (Mpa)
Rp0,2 (Mpa)
750 Mpa Valeur min, du Rp0,2 suivant la norme en vigueur pour le 42CrMo4 trempé revenu
1000 Mpa Valeur min, du Rm suivant la norme en vigueur pour le 42CrMo4 trempé revenu
42CrMo4 fritté trempé revenu : Gx100
42CrMo4 fritté issu du MIM :
Gx100Structure ferrito-perlitique
Martensitique revenue
Avec attaque
chimique
Taille de grain=5-6 Dureté =133 HV30
Taille de grain=10-11 Dureté =350 HV30
Etude métallographique
Titane grade 4
Etude mécaniqueComparaison des caractéristiques mécaniques du titane grade 4 selon la technologie de mise en oeuvre
603
639
452,7
508
0
100
200
300
400
500
600
700
Titane grade 4 brut de frittage
Titane grade 4 issu de la métallurgie traditionnelle
MP
a Rm (Mpa)
Rp0,2 (Mpa)
480 Mpa : valeur mini pour le Rp0,2
550 Mpa : valeur mini pour le Rm
Acier inoxydable 316L
Etude mécaniqueComparaison des caractéristiques mécaniques de l'inox 316L selon la technologie de mise en oeuvre
533,8
665,5
514,5
267
490
258,5
0
100
200
300
400
500
600
700
316L Abrut de frittage
316Lissu de la métallurgie traditionnelle
316L Sbrut de frittage
MP
a
Rm (Mpa)
Rp0,2 (Mpa)
Limite min, du Rp0,2 donnée par la norme en vigueur
Limite min, du Rm donnée par la norme en vigueur
Conclusion
• Métallurgiquement:
•Le titane T40 MIM présente des caractéristiques métallurgiques en terme de taille de grain et de duretéproche des pièces laminées. La pièce forgée présente pour la même nuance une taille de grain plus grossière.
•L’acier inoxydable 316L montre la présence d’inclusions et de fibrage pour les pièces forgées et laminées avec pour les pièces laminées une orientation du grain.
• Mécaniquement :• Le 42CrMo4 après traitement thermique présente
des caractéristiques mécaniques dans les tolérances normatives et aurait tendance àsurpasser le 42CrMo4 laminé (Rp0.2%)
• Le titane pur grade 4 est proche d’un titane laminé• Les propriétés mécaniques (Rm et Rp0.2%) pour
le 316L sont en dessous des valeurs normalement obtenues pour des pièces laminées, cependant elles respectent les valeurs minimales normatives
Conclusion
En conclusion, - La métallographie et les essais mécaniques montrent
que le procédé technologique de Metal Injection Moulding est compétitif pour la réalisation de pièces techniques de qualité.
En perspective, - L’étude comparative pourrait être complétée avec des
pièces issues de la fonderie et de la métallurgie des poudres conventionnelles
Conclusion
MERCI POUR VOTRE ATTENTIONet rendez vous sur le site:
www.gf-pim.fr
Planning de conférences 2010
Matériaux 2010 (Nantes): du 18 au 22/10/2010Procédés innovants de fabrication et de fonctionnalisation du titane implantable: évaluation biologique et physico-chimique
EPMA PM2010 (Florence): du 11 au 14/10/2010Water Solvent debinding for PIM Parts