etude de cas industriels

7/28/2019 Etude de Cas Industriels

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Cas n 1 : Matriaux pour disques de compresseurs

Les compresseurs sont constitus dun ensemble de disques portants des aubes serties dans

des alvoles la priphrie de ces disques. Ils sont entrans en rotation par une turbine ou un

moteur, et sont spars les uns des autres par des aubages fixes dont le rle est dorienter

convenablement le flux dair (voir schma ).

Aubes fixes

Aubes mobiles

air air comprim

Disques

- Schma de principe

F

F = mrw2

- Alvoles de fixation des aubes sur les disques

La temprature des disques varie entre la temprature ambiante lentre du compresseur et

des tempratures pouvant dpasser 600 C la sortie.

Le choix des matriaux pour ces disques sera guid tape par tape par des questions prcises.

1. Aprs avoir effectu lanalyse fonctionnelle de ces disques et dtermin leur condition de

fonctionnement, dfinir les qualits du ou des matriaux destins leur fabrication.

2. Peut- accepter une dformation plastique localise dans les zones soumises des

concentrations de contraintes.

3. Lanalyse des contraintes sur pices relles ayant mont que le niveau des vibrations est

faible, le problme de la tenue en fatigue classique des disques, au niveau des attaches

daubes, a t rsolu en ralisant un dessin trs soign des alvoles, permettant de limiter au

maximum les concentrations de contraintes. Les disques sont alors dimensionns pour ne pas

se dformer aux essais obligatoires de survitesse et par fluage en service.

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Cependant, il a t constat un grand nombre de ruptures en service ayant leurs origines au

niveau des trous de fixation ou de ventilation traversant les disques. La rupture se produisait

au bout dun nombre de dmarrages infrieur 2000.

4. Quelle pourrait- tre la cause des ruptures en service ?

On dsire mener une comparaison du comportement des matriaux utilisables dans des

conditions les plus proches du fonctionnement rel des disques.

5. Quels essais pourrait-on entreprendre ?

6. Les prouvettes dessai tant de plus petite taille que les pices relles, dans quel sens cela

influencera-il sur limportance de la fatigue et du fluage ?

Ltude dtaille du problme conduit au choix entre les 6 matriaux :

* Aciers : - Martensitiques : 40 CDV12 ou Z 10CKD10

- Austnitique : Z 8CDT42* Alliages de Titane : TA6V ou TA6Zr5W

* Waspalloy : NC20K14

7. Quels matriaux faut-il choisir en fonction de la temprature de fonctionnement ?

(Chercher les caractristiques et donnes de ces matriaux)

La rupture dun disque de compresseur tournant trs grande vitesse entrane toujours son

explosion, aussi ces pices sont-elles toujours inspectes loccasion de chaque visite, de

faon dtecter dventuelles fissures.

8. Peut-on limiter le risque de voir un compresseur passer avec succs une visite et exploser

avant la visite suivante.

9. Comment sassurer que le matriau du disque prsente une scurit suffisante ?

10. Les proprits mcaniques qui ont permis de choisir le matriau pour disques sont-elles

les seules prendre en compte ?

11. En tenant compte de la corrosion et du fluage, justifier le choix de lacier martensitique

40CDV12 pour les parties froides du compresseur.

Lutilisation daciers martensitiques peut poser des problmes particuliers de rsistance la

corrosion

12. Quelles parties du disque seront-elles exposes ce type de corrosion et comment

protger les disques ?

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Cas n2 : Matriaux pour Vilebrequin

Le vilebrequin est un lment essentiel dans la transmission de lnergie motrice du vhicule.

Il transmet en couple dentranement les forces des gaz dexplosion exerces sur les pistons.

Le vilebrequin est soumis aux sollicitations suivantes :

- Transmissions defforts cycliques avec vibrations.

- Tourillonement dans les coussinets de bielles et de la ligne darbre.

Masse dquilibrage

Ligne darbre Porte de bielle

Schma de principe du vilebrequin

1. Aprs analyse fonctionnelle du vilebrequin, discutez les caractristiques demandes au

matriau.

2. Classez les critres de choix pour ce cas.

Ltude complte du problme a permis de retenir les trois solutions suivantes :

- Acier forg chaud

- Acier hypereutctoide coul

- Fonte GS perlitique coule.

3. Justifiez llimination des autres classes.

4. Prcisez les parties o lusinage est ncessaire.

A. Vilebrequin en acier forg

Lacier propos est un C42 tremp et revenu de caractristiques :

Re (MPa) Rm (MPa) A% HB K (daj/cm2) D (MPa)

66 80 15 240 6 42

- Km : Rsilience sur prouvette non entaille

- e : limite de fatigue en flexion rotative.

1. Prcisez les avantages et inconvnients du forgeage chaud.

2. Quel traitement proposez-vous pour amliorer la rsistance lusure des parties

concernes.

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B. Vilebrequin en acier moul

Cest un acier hypereutctoide de composition :

C Si Mn Cr Cu

1,3 1 0,5 0,35 1,1

* Traitements :- Homognisation 920C

- Rgnration 780C.

* Caractristiques mcaniques :


55 75 3 250 0,3 32

1. Prcisez les dfauts dun acier moul.

2. Lequel des deux aciers rpond le mieux aux exigences demandes ?

C. Vilebrequin en Fonte GS

Cest une fonte graphite sphrodal de composition chimique :

C Si Mn Mg

3,8 2,4 0,4 0,07

* Traitements thermiques :

- Dcomposition des carbures 970C

- Homognisation 845C

- Trempe lair

* Structure :

Perlite lamellaire + ferrite 20%

Cmentite 1%

Taux de sphroidisation : 85 %

* Caractristiques :


46 70 3 250 0,3 28

1. Quelles qualits prsente ce type de fonte coul ?

2. Expliquez le rle du Mg et des traitements thermiques proposs.3. Quel traitement de surface proposez-vous dans les parties concernes.

Synthse : tenant compte du prix total (matire premire + fabrication), la fonte GS savre un

matriau intressant pour le moulage des vilebrequins. (Cots indicatifs : 98 FF/pice contre

103 FF pour lacier)

1. Comment doit tre choisi alors le matriau des coussinets?

2. Le fonctionnement normal du vilebrequin peut tre simul par des essais au laboratoire.

Quels essais peut-on envisager ?

3. Quels contrles peut-on envisager pour tester la qualit et la fiabilit des vilebrequins.

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