Elaboration et caractérisation d'un matériau composite nouveau a base de tungstene - Archive ouverte HAL
Thèse Année : 1996

Development and characterization of a new tungsten composite material

Elaboration et caractérisation d'un matériau composite nouveau a base de tungstene

Résumé

For the realization of projectiles-arrows, it was envisaged to replace the sintered heavy alloys by a new material more powerful. We therefore developed a unidirectional composite material consisting of a large volume fraction of tungsten wire (diameter 1 mm) and a nickel matrix. This material aims to maximize the properties of tungsten son such that a very high density and strength, a fibrous microstructure confer some ductility. For the shaping of the material, we have chosen to use a technique that is little exploited but perfectly adapted to the desired material (transverse isotropic material with high tensile strength of tungsten wires, use of nickel-plated wires) which is the electroforming with hammering. through the microstructural observation of the composite but also through a study on the microstructural and mechanical evolution of nickel-plated tungsten wires as a function of the annealing or test temperature. This led us to study the phenomenon of interfacial reaction that occurs between tungsten and nickel deposition at a temperature above 1000 ° C and which is characterized by recrystallization of the tungsten wire induced by intergranular diffusion of nickel. Static compression tests carried out on the composite material showed the high strength of the composite (1800 MPa) as well as a good behavior with respect to the damage. Thanks to these tests, we have been able to show that a micromemechanical approach (law of mixtures) makes it possible to correctly predict the mechanical characteristics of the composite in compression but also in traction.
Pour la réalisation de projectiles-flèches, il a été envisagé de remplacer les alliages lourds frittés par un nouveau matériau plus performant. Nous avons donc élaboré un matériau composite unidirectionnel constitué d'une forte fraction volumique de fils de tungstène ( diamètre 1 mm ) et d'une matrice nickel. Ce matériau vise à exploiter au maximum les propriétés des fils de tungstène telles que une densité et une résistance très élevées, une microstructure fibreuse conférent une certaine ductilité. Pour la mise en forme du matériau, nous avons choisi d'utiliser une technique peu exploitée mais parfaitement adaptée au matériau recherché (matériau isotrope transverse et à forte traction volumique de fils tungstène, utilisation de fils nickelés) qui est l'électroformage avec martelage à travers l'observation microstructurale du composite mais aussi à travers une étude sur l'évolution microstructurale et mécanique des fils tungstène nickelés en fonction de la température de recuit ou d'essai. Ceci nous a amené à étudier le phénomène de réaction interfaciale qui se produit entre le tungstène et le dépôt de nickel à température supérieure à 1000° C et qui se caractérise par une recristallisation du fil de tungstène induite par une diffusion intergranulaire du nickel. Des essais en compression statique menés sur le matériau composite ont permis de montrer la forte résistance du composite ( 1800 MPa ) ainsi qu'un bon comportement vis à vis de l'endommagement. Grâce à ces essais, nous avons pu montrer qu'une approche micromémecanique ( loi des mélanges) permet de prévoir correctement les caractéristiques mécaniques du composite en compression mais aussi en traction.
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  • HAL Id : tel-01759248 , version 1

Citer

Laurence Delfaut. Elaboration et caractérisation d'un matériau composite nouveau a base de tungstene. Sciences de l'ingénieur [physics]. Ecole nationale superieure des Mines de Saint-Etienne; Institut national polytechnique de Grenoble (INPG), 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01759248⟩

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