Analyse multi-échelle de la refermeture de porosités, appliquée à la mise en forme des métaux à chaud

National audienceLe comportement en refermeture de porosités est étudié par éléments finis, à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif. Les maillages sont générés à partir de géométries réelles de porosités obtenues par tomographie aux rayons X. Les simulations sont réalisées avec des conditions aux limites représentatives des conditions industrielles réelles. Il est démontré que l'état de contraintes présente une influence de premier ordre sur le comportement en refermeture, devant d'autres paramètres mécaniques. L'impact de la géométrie de la porosité est également étudié via la génération de géométries équiva-lentes représentatives. Celle-ci présente également une influence de premier ordre sur le comportement en refermeture

Understanding and Modeling of Void Closure Mechanisms in Hot Metal Forming Processes: A Multiscale Approach

International audienceAfter casting, metal ingots may contain voids of different shapes and sizes which need to be eliminated in order to deliver a sound material. Hot metal forming processes are regularly used in the industry to reach this goal, but the calibration of these processes to get a complete closure of internal voids is still an issue. Existing models in the literature are either based on explicit full-field approaches or micro-analytical approaches. Both approaches have significant limitations regarding industrial issues. A new multiscale approach is thus proposed here. Based on realistic macroscopic loading conditions, extracted from the process scale, meso-scale simulations are conducted on a representative volume element containing an ellipsoidal void. The ellipsoidal void's shape factor and orientation with respect to the loading direction are considered in the void closure evolution law in addition to the classical mechanical parameters (equivalent plastic strain and stress triaxiality ratio). Several process and void morphological parameters are analyzed regarding void closure and the proposed mean field model is validated by comparison with explicit full field simulations of hot rolling

Elaboration, par une approche sur VER, d’un modèle à champ moyen pour la prédiction de la refermeture de pores lors de la déformation àchaud de métaux

International audienceDans une pièce métallique, des pores résiduels non désirés sont toujours présents après les opérations de fonderie. Pour refermer ces pores de taille généralement négligeable par rapport à la taille de la pièce, les industriels utilisent des procédés à chaud tels que le forgeage libre ou le laminage. Dans la littérature, plusieurs modèles à champ moyen prédictifs en terme d'évolution du volume des pores traitent de cette problématique. Récemment un nouveau modèle à champ moyen, appelé Cicaporo4, a été élaboré et continue d'être amélioré afin de modéliser la refermeture des pores. Ce modèle se base sur une approche multi-échelles2 utilisant des simulations sur Volume Elémentaire Représentatif (VER). La plupart des modèles classiques étudient la refermeture en fonction de latriaxialité des contraintes et de la déformation plastique équivalente. Pour l'élaboration du modèle Cicaporo, les effets de la morphologie des pores et de leur orientation dans la matrice ont été investigués

Three-dimensional analysis of real void closure at the meso-scale during hot metal forming processes

International audienceIn the metal forming industry, elimination of internal defects is a prerequisite to avoid catastrophic failure of workpieces. The two different approaches used in the literature to study void closure, respectively at the process-scale and void-scale, present a certain number of limitations. In this paper, an alternative method is presented at a meso-scale. Simulations are performed using a Representative Volume Element (RVE) with real void geometries generated from 3D images obtained using computed microtomography. Complex mechanical loadings are imposed using advanced boundary conditions coming from process numerical modeling. The simulations provide very accurate results to model void closure in real industrial conditions. Equivalent spherical and ellipsoidal voids are also generated and void volume evolution is compared to the case of real geometries. It is shown that the global tendency of void closure is well respected, even though the use of a sphere underestimates void closure, whereas an ellipsoid overestimates void closure, on the final stage. A sensitivity study to mechanical parameters shows that strain-rate has no major influence, while stress triaxiality ratio exhibits a strong influence on the closure of real void. Non-uniform boundary conditions also applied to demonstrate that most existing predictive models are unable to predict void closure in non-uniform mechanical loading

Fertilité des sols: conclusions du rapport sur l'état des sols de France

Les sols constituent une ressource naturelle non renouvelable. Leurs usages et leur devenir représentent un enjeu collectif majeur, tant pour les activités agricoles ou sylvicoles que pour la préservation de la qualité de notre environnement. Après dix ans de travaux, le Groupement d’Intérêt Scientifique sur les sols, le Gis Sol, a dressé le premier bilan scientifiquement quantifié de l’état des sols de France métropolitaine et d’Outre-mer dans un rapport sur l’état des sols de France publié en 2011. Ce rapport relève des points positifs mais également un certain nombre de préoccupations du point de vue de la fertilité. Les sols agricoles ne présentent pas d’évolution mesurable de leur acidité, ce quiindique une bonne gestion du pH à l’échelle nationale. Le rapport fait en revanche état de teneurs en phosphore relativement faibles pour de nombreux sols, et à l’inverse de situations d’excédents très préoccupantes en raison de son impact sur la qualité des eaux et l’eutrophisation des milieux. Il pose ainsi la question de la durabilité à long terme du système agricole actuel et celle d’une meilleure valorisation des effluents d’élevage. D’assez nombreuses situations pourraient également être susceptibles de provoquer des carences en oligo-éléments pour des cultures exigeantes. Enfin, une inquiétude majeure concerne la progression de l’artificialisation des sols, qui s’est accélérée durant la dernière décennie et occasionne des pertes importantes de sols agricoles.Soils are a non-renewable, natural resource. Their uses and their future represent, therefore, a collective issue for agricultural and forestry production, as well as for the preservation of our environment. After ten years of work, the “Groupement d’intérêt scientifique sur les sols”, the Gis Sol (Soils Scientific Interest Group) has presented the first appraisal of soil quality in mainland France and its overseas territories in a report on the state of the soils in France published in 2011. This appraisal shows evidence for positive points but also highlights some concerns regarding soil fertility. Agricultural soils do not show a measurable change in their acidity, thus indicating an efficient management of pH at a national level. On the other hand, the report shows relatively low phosphorus levels for numerous soils, and inversely situations of structural excess which remain very worrying due to its impact on water quality and on the eutrophication of the environments. It also raises the questionsof the long-term sustainability of current cultivation systems and of a better treatment of effluents from livestock farming. Numerous situations also seem to be incompatible, for certain oligo-elements, with demanding cultures. At last, a major concern is the development of soil sealing, which has accelerated over the last decade and is responsible for the loss of large areas of agricultural soils

Thermomechanical behavior of C38LTT in the semi-solid state

Semisolid thixoforming is an intermediate process between casting and forging. This process presents several advantages, such as energy efficiency, production rates, smooth die filling, low shrinkage porosity, which together lead to near net shape capability and thus to fewer manufacturing steps than with classical methods. So far, there are only few applications of semisolid processing of higher melting point alloys. Steel is a particularly challenging material to semi-solid process because of the high temperatures involved (about 1410°C). At present, the ability to form steel components in semi-solid state depends on the control of the flow of material during the forming and defects conditions. Semi-solid alloys display thixotropy, which is characterized by time-dependent behavior which drastically changes from a solid like behavior at rest to a liquid like flow when submitted to shear. However, characterizing and modelling such a behaviour for steels is still challenging.   Ascometal has developed the C38LTT (Low Thixoforging Temperature) that is compatible with identified parameters [1] to be suitable for thixoforming: the solidus and liquidus temperatures (TS and TL) have to be as low as possible; the temperature at 50% liquid fraction (T50%) has to be as low as possible; the melting interval (TL-TS) has to be as large as possible; and the slope at 10% and 50% liquid fraction must be as low as possible to ensure a small sensitivity of liquid fraction to temperature.   The aim of the research work was to study the rheological properties of C38LTT. The high temperature range for semi-solid state makes the experiments particularly challenging. An experimental protocol was determined, geometries of specimens, minimize thermal gradients and optical system to improve the precision of measuring temperature (figure1) with a Gleeble simulator to characterize the thermomechanical behaviors.   Uniaxial tensile and compressive tests were carried out on semi-solid specimen having >0.8 solid fraction for different ram speeds and temperatures. The constitutive behavior appears greatly dependent on both fraction solid and strain rate. Furthermore, while the behavior is dominated by the solid phase, the variation in both ductility and stress with temperature has been identified to propose a brittle temperature range and the influence of the temperature on the thermomechanical behavior. Specifically, in tension, a drastic change in ductility with fraction solid/temperature was found in good agreement with some results for aluminum brittle temperature range in literature [2].

Ribosomal protein gene RPL9 variants can differentially impair ribosome function and cellular metabolism

Variants in ribosomal protein (RP) genes drive Diamond-Blackfan anemia (DBA), a bone marrow failure syndrome that can also predispose individuals to cancer. Inherited and sporadic RP gene variants are also linked to a variety of phenotypes, including malignancy, in individuals with no anemia. Here we report an individual diagnosed with DBA carrying a variant in the 5'UTR of RPL9 (uL6). Additionally, we report two individuals from a family with multiple cancer incidences carrying a RPL9 missense variant. Analysis of cells from these individuals reveals that despite the variants both driving pre-rRNA processing defects and 80S monosome reduction, the downstream effects are remarkably different. Cells carrying the 5'UTR variant stabilize TP53 and impair the growth and differentiation of erythroid cells. In contrast, ribosomes incorporating the missense variant erroneously read through UAG and UGA stop codons of mRNAs. Metabolic profiles of cells carrying the 5'UTR variant reveal an increased metabolism of amino acids and a switch from glycolysis to gluconeogenesis while those of cells carrying the missense variant reveal a depletion of nucleotide pools. These findings indicate that variants in the same RP gene can drive similar ribosome biogenesis defects yet still have markedly different downstream consequences and clinical impacts

Understanding and modeling of void closure mechanisms in hot metal forming processes

Lors de l'élaboration de pièces métalliques de grandes dimensions, la présence interne de pores est habituellement observée. Ces défauts internes sont généralement refermés lors des premières passes de transformation à chaud. Il y a cependant à l‘heure actuelle un manque de connaissance sur les mécanismes mis en jeu lors de cette refermeture, et par conséquent aucune prédiction précise possible et un taux de rebut assez important. Le travail présenté dans ce manuscrit vise à mieux comprendre les mécanismes de refermeture en identifiant les paramètres procédés, matériaux et morphologiques clés lors de la refermeture. Ce travail s'est déroulé dans le cadre d'un consortium industriel impliquant six partenaires. La problématique industrielle est donc particulièrement variée en termes de matériaux, de procédés et d'états initiaux de pores.Une étude approfondie des modèles existants dans la littérature est d'abord présentée. Les deux familles d'approches utilisées sont discutées : l'approche explicite en champ complet, et l'approche micro-analytique. Il est montré que ces deux approches ne sont pas suffisantes pour établir un modèle de prédiction dont la précision réponde aux enjeux industriels.Une nouvelle approche est donc proposée dans cette thèse à l'échelle mésoscopique. Les mécanismes de refermeture sont étudiés à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif (VER), permettant une description 3D particulièrement précise des mécanismes locaux, tout en appliquant des conditions aux limites représentatives des états mécaniques mis en jeu à l'échelle macroscopique.Les mécanismes locaux ont été étudiés au moyen d'une vaste campagne de simulations éléments-finis 3D à l'échelle d'un VER. Les paramètres étudiés sont : les paramètres matériaux, la morphologie du pore, et le chargement thermomécanique subit durant la déformation. L'étude a montré que la morphologie et l'état de contraintes sont de premier ordre sur le comportement en refermeture, et que les paramètres matériaux sont de second ordre. Les influences des paramètres de premier ordre ont ensuite été quantifiées afin de proposer un modèle de prédiction de refermeture robuste. La morphologie du pore est exprimée par le biais de ses dimensions équivalentes (rapports d'élongations tridimensionnels) et de son orientation par rapport à la direction principale de déformation. L'état de contraintes est exprimé par le taux de triaxialité des contraintes.Le modèle a finalement été implémenté dans un code éléments finis de mise en forme et une validation sur cas industriels est présentée afin d'évaluer les bénéfices obtenus par ce nouveau modèle par rapport aux modèles de la littérature. Une validation expérimentale a également été menée par le biais d'essais d'écrasements d'échantillons poreux dont l'état de porosité a été mesuré par micro-tomographie aux rayons X avant et après les essais.During production of large metal workpieces, an internal presence of voids is usually observed. Such internal defaults are generally closed up during the first passes of hot forming processes. Yet, there is at present a lack of knowledge regarding void closure mechanisms and there is no reliable model that can accurately predict void closure. The amount of non-deliverable products is consequently relatively high. The present work aims to better understand void closure mechanisms with respect to the involved materials, processes and voids' morphological parameters. This work was supported by an industrial consortium involving six partners. The industrial issues were thus particularly diversified in terms of materials, processes and initial void states.An extensive study regarding existing models in the literature is first presented. Two main approaches are discussed: the explicit full-field approach and the micro-analytical approach. It is shown that none of both approaches is sufficient to precisely predict void closure according to the industrial issues.A new approach is thus proposed at the mesoscale. Void closure mechanisms are studied using a representative volume element (RVE). Using this approach an accurate tridimensional description of the void state can be obtained at the RVE scale. Boundary conditions can also be imposed in order to accurately represent thermomechanical conditions from the macro-scale.Local mechanisms of void closure are studied using a large campaign of 3D finite element simulations at the RVE-scale. The studied parameters are: the materials parameters, the void's morphology and the thermomechanical loading that a void might undergo during hot forming processes. The study shows that both the void's morphology and the stress state exhibit a first-order influence on void closure. Materials parameters exhibit a second-order influence on void closure. A new reliable prediction model is thus proposed with respect to the first-order parameters. The void's morphology is quantitatively studied in terms of equivalent dimensions (tridimensional aspect ratios), and orientation (with respect to principal deformation direction). The stress state is expressed using the stress triaxiality ratio.The proposed model was finally implemented in a material forming finite element software. Validation cases are presented using industrial processes in order to highlight the benefits and limitations of this new model with respect to the existing models from the literature. An experimental validation was also performed using compression tests of porous samples. The samples were examined using X-ray micro-tomography before and after compression