High pressure gas quenching modelling : application to carburizing and quenching steels

L’utilisation de fluides non vaporisables tels que les gaz pour tremper différentes pièces d’acier rend possible, avec les outils numériques actuels, la simulation de l’ensemble des phénomènes physiques mis en jeu dans ce traitement thermique et ainsi de prédire les comportements thermique, métallurgique et mécanique des pièces. Plusieurs auteurs s’intéressent à la construction de ce type de modèles dont les enjeux sont de promouvoir l’utilisation de la trempe gazeuse haute pression, en cherchant à remplacer les trempes à l’huile plus polluantes et/ou à maîtriser les déformations pendant ou après la trempe. Lors de notre travail, un modèle décrivant ces phénomènes physiques, de l’écoulement gazeux aux déformations, et leurs couplages a été construit par étapes en couplant les deux codes de calcul commerciaux Fluent et Sysweld. Les résultats de simulations ont ensuite été confrontés à des mesures de vitesses d’écoulements de gaz (par PIV), de températures et de déformations in situ (détection de contours). Malgré quelques écarts dont les origines ont été analysées, la comparaison a révélé une très bonne concordance des résultats de calculs et expérimentaux, validant ainsi la démarche de calcul. Le modèle pourrait maintenant être testé pour des refroidissements plus rapides que ceux considérés mais son utilisation pour des applications industrielles (pièces de géométrie plus complexe, refroidissement de charges entières, …) peut d’ores et déjà être envisagée avec confianceThe use of non vaporizable fluids such as gas to quench steel bodies makes the simulation of all the coupled physical phenomena involved in this heat treatment possible thanks to current numerical simulation tools. It gives access to the prediction of thermal, metallurgical and mechanical behaviour of steel pieces during quenching operation. Several authors have tried and build such kind of models in order to promote gas quenching use either by trying to replace less environmental friendly oil treatments or by trying to control distortions during or after quenching. In our work a model describing the physical coupled phenomena, from gas flow to distortion has been built step by step by coupling both commercial numerical codes Fluent and Sysweld. Simulation results have then been compared to gas flow velocities measurements (by PIV), temperature measurements and in situ distortions measurements (contour’s detection method). This confrontation revealed a very good agreement between calculated and experimental data despite some slight differences, which have been analysed in detail. This validated the calculation method used in the model. One of the perspectives of this work could be the validation of the model for higher quenching rate. However, some industrial applications (tridimensional more complex bodies quenching simulation, quenching of full loads, …) can be run from now on with confidenc

Modélisation de la trempe gazeuse haute pression : application aux aciers de cémentation et de trempe

The use of non vaporizable fluids such as gas to quench steel bodies makes the simulation of all the coupled physical phenomena involved in this heat treatment possible thanks to current numerical simulation tools. It gives access to the prediction of thermal, metallurgical and mechanical behaviour of steel pieces during quenching operation. Several authors have tried and build such kind of models in order to promote gas quenching use either by trying to replace less environmental friendly oil treatments or by trying to control distortions during or after quenching. In our work a model describing the physical coupled phenomena, from gas flow to distortion has been built step by step by coupling both commercial numerical codes Fluent and Sysweld. Simulation results have then been compared to gas flow velocities measurements (by PIV), temperature measurements and in situ distortions measurements (contour's detection method). This confrontation revealed a very good agreement between calculated and experimental data despite some slight differences, which have been analysed in detail. This validated the calculation method used in the model. One of the perspectives of this work could be the validation of the model for higher quenching rate. However, some industrial applications (tridimensional more complex bodies quenching simulation, quenching of full loads, ) can be run from now on with confidenceL'utilisation de fluides non vaporisables tels que les gaz pour tremper différentes pièces d'acier rend possible, avec les outils numériques actuels, la simulation de l'ensemble des phénomènes physiques mis en jeu dans ce traitement thermique et ainsi de prédire les comportements thermique, métallurgique et mécanique des pièces. Plusieurs auteurs s'intéressent à la construction de ce type de modèles dont les enjeux sont de promouvoir l'utilisation de la trempe gazeuse haute pression, en cherchant à remplacer les trempes à l'huile plus polluantes et/ou à maîtriser les déformations pendant ou après la trempe. Lors de notre travail, un modèle décrivant ces phénomènes physiques, de l'écoulement gazeux aux déformations, et leurs couplages a été construit par étapes en couplant les deux codes de calcul commerciaux Fluent et Sysweld. Les résultats de simulations ont ensuite été confrontés à des mesures de vitesses d'écoulements de gaz (par PIV), de températures et de déformations in situ (détection de contours). Malgré quelques écarts dont les origines ont été analysées, la comparaison a révélé une très bonne concordance des résultats de calculs et expérimentaux, validant ainsi la démarche de calcul. Le modèle pourrait maintenant être testé pour des refroidissements plus rapides que ceux considérés mais son utilisation pour des applications industrielles (pièces de géométrie plus complexe, refroidissement de charges entières, ) peut d'ores et déjà être envisagée avec confianc

Modélisation de la trempe gazeuse haute pression (application aux aciers de cémentation et de trempe)

L utilisation de fluides non vaporisables tels que les gaz pour tremper différentes pièces d acier rend possible, avec les outils numériques actuels, la simulation de l ensemble des phénomènes physiques mis en jeu dans ce traitement thermique et ainsi de prédire les comportements thermique, métallurgique et mécanique des pièces. Plusieurs auteurs s intéressent à la construction de ce type de modèles dont les enjeux sont de promouvoir l utilisation de la trempe gazeuse haute pression, en cherchant à remplacer les trempes à l huile plus polluantes et/ou à maîtriser les déformations pendant ou après la trempe. Lors de notre travail, un modèle décrivant ces phénomènes physiques, de l écoulement gazeux aux déformations, et leurs couplages a été construit par étapes en couplant les deux codes de calcul commerciaux Fluent et Sysweld. Les résultats de simulations ont ensuite été confrontés à des mesures de vitesses d écoulements de gaz (par PIV), de températures et de déformations in situ (détection de contours). Malgré quelques écarts dont les origines ont été analysées, la comparaison a révélé une très bonne concordance des résultats de calculs et expérimentaux, validant ainsi la démarche de calcul. Le modèle pourrait maintenant être testé pour des refroidissements plus rapides que ceux considérés mais son utilisation pour des applications industrielles (pièces de géométrie plus complexe, refroidissement de charges entières, ) peut d ores et déjà être envisagée avec confianceThe use of non vaporizable fluids such as gas to quench steel bodies makes the simulation of all the coupled physical phenomena involved in this heat treatment possible thanks to current numerical simulation tools. It gives access to the prediction of thermal, metallurgical and mechanical behaviour of steel pieces during quenching operation. Several authors have tried and build such kind of models in order to promote gas quenching use either by trying to replace less environmental friendly oil treatments or by trying to control distortions during or after quenching. In our work a model describing the physical coupled phenomena, from gas flow to distortion has been built step by step by coupling both commercial numerical codes Fluent and Sysweld. Simulation results have then been compared to gas flow velocities measurements (by PIV), temperature measurements and in situ distortions measurements (contour s detection method). This confrontation revealed a very good agreement between calculated and experimental data despite some slight differences, which have been analysed in detail. This validated the calculation method used in the model. One of the perspectives of this work could be the validation of the model for higher quenching rate. However, some industrial applications (tridimensional more complex bodies quenching simulation, quenching of full loads, ) can be run from now on with confidenceNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF

Scaling behaviour of cohesive granular flows

The shear strength of dense granular flows is generally described by an effective friction coefficient, ratio of shear to normal stress, as a function of the inertial number I. However, this ratio depends on the normal stress when the particles interact via both friction and adhesion forces, and in this sense it does not properly represent a Coulomb-like friction. For the same reason, it is not a unique function of I. We used extensive contact dynamics simulations to isolate the cohesive strength from the purely frictional strength in dense inertial flows for a broad range of shear rates and adhesion forces between particles. Remarkably, while the frictional part of the strength increases with I, the cohesive strength is found to be a decreasing function of I. We show that a single dimensionless parameter, combining interparticle adhesion with I, controls not only the cohesive strength but also the packing fraction and granular texture in inertial flows

Scaling behaviour of cohesive granular flows

International audienceThe shear strength of dense granular flows is generally described by an effective friction coefficient, ratio of shear to normal stress, as a function of the inertial number I. However ,this ratio depends on the normal stress when the particles interact via both friction and adhesion forces, and in this sense it does not properly represent a Coulomb-like friction. For the same reason, it is not a unique function of I. We used extensive contact dynamics simulations to isolate the cohesive strength from the purely frictional strength in dense inertial flows for a broad range of shear rates and adhesion forces between particles. Remarkably, while the frictional part of the strength increases with I, the cohesive strength is found to be a decreasing function of I. We show that a single dimensionless parameter, combining interparticle adhesion with I, controls not only the cohesive strength but also the packing fraction and granular texture in inertial flows

Efficient numerical simulation techniques for high pressure gas quenching

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EFFECT OF RAW MATERIAL PROPERTIES ON THE KINETICS OF IRON ORES GRANULATION

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Numerical modeling of heat treatment : fluid flow -thermal -metallurgical -mechanical couplings

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