Caractérisation des aciers innovants par essais mécaniques croisés

Characterization of innovative steels by dual mechanical tests

¹ Laboratoire de Mécanique de Lille, UMR CNRS 8107, Arts et Métiers ParisTech – Centre de Lille, 8 boulevard Louis XIV, 59046 Lille Cedex, France
e-mail : gildas.guillemot@ensam.eu; alain.iost@ensam.eu; adrien.vangorp@ensam.eu
² ArcelorMittal Maizières, Research and Development, 57283 Maizières-lès-Metz Cedex, France
e-mail : sebastien.allain@arcelormittal.com

Reçu : 10 Novembre 2010
Accepté : 23 Mars 2011

Résumé

Dans le domaine du développement des aciers innovants, en recherche et développement, les volumes réduits de matière disponibles ne permettent pas une caractérisation fiable et rapide du comportement des matériaux élaborés. Un essai de caractérisation mécanique « Small Punch Test » est proposé comme essai de caractérisation adapté à l’étude de faibles volumes de matière. Cet essai se réalise par la déformation progressive d’une pastille d’épaisseur réduite, pour atteindre la rupture. Une méthode inverse, basée sur l’algorithme du simplexe, a été développée pour exploiter la courbe effort/enfoncement et déterminer les propriétés mécaniques. Cette approche a été appliquée à une nuance d’acier dual-phase développé pour cette étude. Nous montrons néanmoins que cet essai n’est pas satisfaisant pour estimer précisément les paramètres de la loi de comportement mécanique, et nous proposons de croiser les résultats obtenus avec un essai de macrodureté Vickers instrumentée pour obtenir un résultat pertinent. L’amélioration dans la prévision du comportement est montrée et permet de valider la démarche proposée.

Abstract

In the research and development field on innovative steels, the available amounts of materials do not allow a quick and reliable characterization of their mechanical properties. An easy test called “Small Punch Test” is proposed as a differential characterization test adapted to a small amount of material. This test consists in the slow deformation of a small and thin disc of the steel. The test is conducted till the breaking of the sample. An inverse method based on the simplex algorithm is proposed in order to estimate the mechanical properties from the load/displacement curve. This approach has been applied to a dual-phase steel grade elaborated for this study. We show that this single test is not sufficient in order to precisely estimate the parameters of the constitutive law for the mechanical behaviour of the steel. We propose to compare the previous results with the ones of a macro-hardness instrumented Vickers test. This enables to obtain a reliable couple of parameters. The improvement in the constitutive law parameter estimation is shown. These dual tests show the advantage of this approach in order to estimate the mechanical properties of innovative steels.