Defensa de la tesis de Nasrine BOUALEM

Durante el proceso de forja en caliente, las herramientas están sometidas a cargas mecánicas y térmicas cíclicas severas. Estas condiciones extremas de conformado pueden dañar las herramientas mediante el desarrollo de desgaste abrasivo, agrietamiento y fatiga térmica y mecánica. Estos daños comprometen la resistencia mecánica de las herramientas y reducen su vida útil. Para optimizar la vida útil de las herramientas, hay que tener en cuenta varios factores, como las propiedades del material de las herramientas, su geometría, la oxidación, la lubricación y los parámetros de forja (temperatura, presión y velocidad de deslizamiento).

El objetivo de esta tesis es entender cómo el número de ciclos de forja repetidos impacta en las herramientas de forja en caliente, en términos de cambios en el acabado superficial, cambios en las propiedades mecánicas y microestructura, cambios geométricos y cambios en el comportamiento tribológico.

Se pretende plantear un estudio tribológico que considere el estado de desgaste de la matriz, con la posibilidad de integrarlo en simulaciones numéricas del proceso de forja.

En primer lugar, se realiza una determinación de la ley reológica del grado 38MnSiV5 (material de la pieza) mediante ensayos de compresión con el objetivo de alimentar simulaciones numéricas de los procesos de forja. A continuación, para estudiar la influencia del ciclo de forja en el estado superficial de las herramientas, se lleva a cabo un análisis topográfico de herramientas con diferentes geometrías y diferentes ciclos de vida (herramienta nueva, durante la vida útil y al final de la vida útil).

Determinación de la ley reológica.

El estudio revela que la rugosidad superficial aumenta a lo largo del ciclo de vida de la herramienta debido a fenómenos complejos como el desgaste. Las propiedades mecánicas, como la dureza de la herramienta y el módulo de Young, también se ven influidas por el ciclo de vida de la forja y por los cambios en las condiciones de contacto. Los ensayos de nanoindentación muestran una disminución de la dureza y una disminución o estabilización del módulo de Young según la zona y en función del ciclo de vida. A continuación, se correlacionaron los resultados de los ensayos con los del análisis microestructural obtenido por SEM/EDS. Muestran la formación de grietas en la capa de óxido y una transición de martensita a cementita globular. Además, se observó la formación de una capa de descarburación en determinadas zonas, que parece estar vinculada a la formación de una capa de óxido no adherente. Se realiza un estudio tribológico del proceso de forja utilizando el banco de pruebas WHUST, que se emplea para reproducir las condiciones de contacto del proceso industrial. Se analizan diferentes geometrías y configuraciones de las condiciones de contacto en función del ciclo de vida.

Este análisis reveló una estabilización o disminución del indicador de fricción a altas temperaturas. La presencia de óxidos y los cambios en la geometría de la herramienta influyen significativamente en el comportamiento tribológico y de desgaste: las capas de óxido, cuyo espesor aumenta con el número de ciclos de forja, actúan como barreras térmicas, influyendo en el comportamiento de fricción y desgaste de las herramientas. Sin embargo, también actúan como lugares de iniciación de grietas, contribuyendo a dañar la superficie con el paso del tiempo. Los cambios geométricos inducidos por el desgaste afectan a las condiciones de contacto y al rendimiento general de las herramientas de forja. Las simulaciones numéricas ponen de manifiesto que los cambios en la geometría de las herramientas provocan variaciones en la presión y la temperatura de contacto.

Sr. LAURENT DUBAR, Université Polytechnique Hauts de France, Codirector de tesis
. Sra. Marion RISBET, Université de Technologie de Compiègne - Roberval CNRS FR 3272, Ponente
. Régis BIGOT, ENSAM METZ, Ponente
Mirentxu DUBAROT, ENSAM METZ, Ponente Mirentxu DUBAR, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes (UPHF), Codirectora de tesis
. Philippe MOREAU, Université Polytechnique Hauts-de-France, Valenciennes (UPHF), Examinador
. Philippe BRISTIEL, STELLANTIS, Examinador
Emmanuelle VIDAL-SERRY, Universidad de París Emmanuelle VIDAL-SALLE, INSA de Lyon, Examinador
Jérémie BOUQUEREL, INSA de Lyon, Examinador
Jérémie BOUQUEREL, INSA de Lyon, Examinador Jérémie BOUQUEREL, Centrale Lille Institut - Université de Lille, Examinador
José Grégorio LAVAL, INSA de Lyon, Examinador José Grégorio LA BARBERA SOSA, UPHF, LAMIH UMR CNRS 8201, Invitado
Tarik SADAT, UPHF, LAMIH UMR CNRS 8201, Invitado M. Tarik SADAT, UPHF, LAMIH UMR CNRS 8201, Invitado

Desgaste, utillaje, forja en caliente.