Développement des mélanges poudre-liant faible viscosité pour la fabrication de pièces métalliques de formes complexes par moulage par injection des poudres à basse pression

Résumé

La fabrication de pièces métalliques de formes complexes produites de manière rentable en faible volume de production est l'un des principaux objectifs de l'industrie manufacturière de pointe. Le moulage par injection à basse pression des poudres métalliques (LPIM) est considéré comme l’une des technologies de pointe les plus prometteuses. Ce procédé est particulièrement adapté aux matériaux qui sont difficile à mettre en forme par des procédés traditionnels (ex. : forgeage ou usinage), tel que le titane qui présente un fort potentiel industriel. Toutefois, l’utilisation du titane en LPIM reste limitée en raison des connaissances scientifiques restreintes sur la moulabilité des mélanges ainsi que sur les modèles rhéologiques simulant le remplissage d’un moule. Ainsi, les objectifs principaux de ce projet étaient de quantifier l’impact du modèle rhéologique sur les résultats de simulations numériques et de caractériser l’impact de la proportion des différents constituants sur la moulabilité des mélanges à base de titane utilisés pour le procédé LPIM. Dans la première partie de ce travail, deux (2) mélanges LPIM ont été caractérisés puis simulés en utilisant trois (3) modèles rhéologiques distincts (Cross-WLF, 2e ordre et matriciel). Les résultats expérimentaux ont permis de confirmer que le modèle rhéologique doit être choisi en fonction du caractère rhéofluidifiant du mélange à simuler, où le comportement des mélanges LPIM à base de titane étaient mieux décrit par un modèle de 2e ordre. Dans la deuxième partie de ce travail, trente-cinq (35) mélanges ayant un chargement solide variant de 60 à 72 vol. % et des proportions variées de cire de paraffine (PW), d’acide stéarique (SA), d’éthylène-acétate de vinyle (EVA) et de cire de carnauba (CW) ont été préparés. L’analyse rhéologique de ces mélanges à trois (3) températures a permis de calculer un indice de moulabilité pour chaque mélange avec le modèle de Weir, dont l’analyse a été validée expérimentalement à travers des injections dans un moule en spirale donnant la longueur injectée. Ces résultats ont permis de conclure qu’un mélange contenant 64 vol. % de poudre, 1 vol. % de SA, 1 vol. % d’EVA, 3 vol. % de CW et la balance en PW permet d’obtenir le meilleur compromis entre la moulabilité, le démoulage et la ségrégation. Ensuite, l’injection de deux mélanges présentant une moulabilité faible et élevée (60 et 64 vol. %, respectivement) a été simulée numériquement dans un moule aux géométries complexes. Les résultats de ces simulations en termes de prédiction du front de solidification sont en bon accord avec la validation expérimentale, confirmant la possibilité de simuler l’injection d’une pièce de formes complexes avec un mélange à base de titane pour le procédé LPIM. Notons que les conclusions de cette deuxième partie ont été résumées dans un deuxième article scientifique.

Date	20 août 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vincent Demers (Directeur(-trice))