III.3.3 CYLINDRE DE TRAVAIL : FONTE NODULAIRE/ACIER
RAPIDE
Afin d'améliorer les performances des laminoirs, une
des solutions préconisées est l'utilisation de cylindres en acier
rapide (HSS). Se sont des cylindres de travail en bimatériaux, le noyau
est réalisé par la fonte nodulaire et la partie active en acier
rapide. Ce type de cylindres offre un meilleur module de Young et une meilleure
résistance à l'usure et des rendements hors incidents plus
importants que les cylindres classiques en fonte à haute teneur en
chrome.
La distribution des contraintes thermiques normales et de
cisaillement sur une coupe transversale d'un cylindre de travail dont la partie
active est en acier rapide, est montrée dans les figures III.22 (a,b,c
et d).
a) Evaluation des contraintes thermiques
normales o xx.
.b) Evaluation des contraintes thermiques
normales a yy.
c) Evaluation des contraintes thermiques de
cisaillementT xy.
d) État des contraintes thermiques
(traction/compression). Figure III 22 Contour des contraintes
thermiques.
Pour les cylindres en acier rapide, les valeurs maximales des
contraintes thermiques normales sont situées sur la superficie du
cylindre alors que les contraintes thermiques de cisaillement sont maximales au
niveau de l'interface.
Les figures III.23 et III.24 analysent les contraintes thermiques
au niveau des zones critiques citées précédemment est.
Figure III.23 Variation des contraintes
thermiques normales et de cisaillement sur la partie
superficielle en
fonction du périmètre.
Interface.
La figure III.23 montre que les contraintes de cisaillement
sont relativement faible para rapport aux contraintes normales, et varient
entre -13 MPa +15 MPa. On constate par ailleurs, que les variations des
contraintes a xx et a yy en fonction du
périmètre du cylindre sont presque identiques.
Les contraintes thermiques maximales de compression o xx
= -130MPa et 0 yy = -125MPa, sont obtenues au niveau du contact
cylindre/bande.
Les valeurs maximales des contraintes thermiques normales sont
celles par rapport à l'axe (x), obtenues respectivement au point de
contact cylindre /bande à 0 = 0° et à 0 = 20° (figure
III.24).
Figure III.24 Variation des contraintes
thermiques normales et de cisaillement au niveau
de voisinage proche de
l'interface en fonction du périmètre.
Nous représentons aussi dans la figure III 25, la
variation des contraintes thermiques en fonction du rayon du cylindre.
Figure III.25 Variation des contraintes
thermiques en fonction du rayon du cylindre.
Dans le cas des cylindre en acier rapide, les contraintes
thermiques normales présentent un maximum au niveau de la superficie
extérieure (-130.9 MPa). Par contre les contraintes de traction sont
maximales au niveau de l'interface(67.34 MPa). Lorsqu'on s'éloigne de
l'interface vers le noyau, ces contraintes deviennent de plus en plus faibles
pour atteindre des valeurs proches de 11MPa. Les valeurs des contraintes de
cisaillement sont négligeables comparativement aux contraintes
thermiques normales.
III.3.4 CYLINDRE DE TRAVAIL: FONTE NODULAIRE/ACIER RICHE
EN CHROME
Nous avons analysé par la méthode des
éléments finis, la répartition des contraintes thermiques
et leurs intensité dans un cylindre de travail en fonte nodulaire/acier
à haute teneur en Chrome.
Les figures III.26 (a, b, c et d) montrent la répartition
des contraintes thermiques normales et tangentielles dans une coupe
transversale d'un cylindre de travail.
a) Variation des contraintes thermiques
normales o xx.
b) Variation des contraintes thermiques
normales o yy.
c) Variation des contraintes thermiques de
cisaillement T xy.
d) État des contraintes thermiques
(traction/compression).
Figure III.26 Contour des contraintes
thermiques.
Dans ce type de cylindre de travail, les contraintes
thermiques normales de compression ? xx sont maximales au niveau de la
superficie extérieure du cylindre et celles de traction
présentent un maximum au voisinage de l'interface en direction du
noyau.
Pour les contraintes thermiques normales suivant l'axe (y),
les valeurs maximales en traction et en compression se trouvent sur la partie
active du cylindre. Les valeurs extrêmes des contraintes thermiques de
cisaillement résident au niveau de la partie l'interface appartenant
à l'enveloppe.
La variation des contraintes thermiques sur la partie
superficielle du cylindre de travail est représentée par la
figure III.27.
L'évolution des contraintes thermiques au niveau de la
partie de l'interface la plus proche de l'enveloppe est donnée par la
figure III.28.
Figure III.27 Variation des contraintes
thermiques sur la partie superficielle.
Figure III.28 Variation des contraintes thermiques normales et
tangentielles au voisinage
de l'interface.
On peut conclure donc que c'est au niveau de la partie
superficielle que le risque de détérioration par fatigue
thermique est important.
La figure III.27 montre la variation des contraintes thermiques
normales et de compression en fonction du rayon du cylindre de travail.
Figure III.29 Variation des contraintes
thermiques en fonction du rayon du cylindre.
D'après la figure III.29, les contraintes tangentielles
sont faibles par rapport aux contraintes normales. Les valeurs maximales des
contraintes thermiques obtenues sont celles dirigées suivant l'axe
(x).
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