A comprehensive methodology to physically and numerically model upseuing in cold heading was developed.

The physical model was a Drop Weight Test with a guided pocket-die set capable of approximating industrial cold heading conditions. The results show that the test is sensitive to the critical parameters for cold heading. These include surface quality. residual element level. nitrogen content. microstructure. decarhurization. and specimen geometry. The test is capable of assessing the fracture behavior of cold heading materials.

One goal of the study was to reveal differences in fracture behavior with varying steel sources. Accordingly, the matrix of test materials consisted of grade 1038 steels from three different steel sources.

Material preparation and conditioning of test materials approximated industrial procedures for cold heading materials. These procedures included hot rolling. controlled rod cooling. descaling. straightening. lime coating and lubricating. and wire drawing. Spheroidization of test specimens was perfonned in an industrial batch fumace lIsing ,ln industrial heat treatment cycle.

A finite element program (FEM) enabled the simulation of upseuing in cold heading. The inputs required to mouel the cold heading process include tlow stress behavior and friction conditions representative of cold heading. These inputs were obtained using the CANMET Cam Plastometer and the Friction Ring Test.

The Cockcroft and Latham fracture constants for an as-rolled and a spheroidize annealed 1038 matcrial were computed by FEM modeling and the critical values were calibrated using the Drop Weight Test. The fracture criterion constant was found to be independent of strain path for upsctling in cold heading and thus is material-related.

Nous avons mis au point une méthode pour simuler physiquement et numériquement l'écrasement d'un acier lors de la frappe à froid.

Nous avons effectué les simulations physiques à l'aide d'un essai représentatif de rétape d'écrasement lors de la frappe à froid. Nos résultats montrent que l'essai sait reconnaître les paramètres qui dictent la perfonnance des matériaux à la frappe. soit l'état de surface, le niveau des elements résiduels, la teneur en azote, la microstructure, la cote de décarburisation, et entin, la géométrie de l'éprouvette. L'essai pennet. en particulier, de chiffrer les déformations à la rupture des matériaux destinés à la frappe à froid.

Un des buts de rétude était de faire ressortir le comportement des matériaux à la frappe en fonction du schéma d'élaboration des aciers. Nous avons utilisé des matériaux en provenance de trois aciéries. en l'occurrence, des aciers de nuance 1038.

Lors de la préparation de nos échantillons. nous avons pris soin de suivre de près les opérations annexes à la frappe à froid :​ laminage à chaud du til machine. refroidissement contrôlé, décapage, rectitication, dépôt d'une couche d'apprêt poreuse, adjonction de lubritïants complénlentaires, et entin. trétïlage. Nous avons ensuite effectué un traitement de globularisation des carbures à l'aide d'un cycle utilisé couramment dans un four industriel.

Un programme d'éléments finis (EF) a été utilisé pour simuler l'écoulement plastique en forgeage axisymétrique. Les données requises pour une simulation comprennent la loi d'écoulement plastique du matériau ainsi que le coefficient de frottement entre la matrice et la pièce à déronner. Les courbes d'écoulement ont été générées à partir d' un plastomètre à came, tandis que le coefficient de frottement a été determiné par l'essai de l'anneau.

La simulation par EF a permis de calculer l'évolution du paramètre d'endommagement de Cockcroft et Latham pour des aciers bruts de laminage et des aciers à structure globularisée. Les valeurs critiques du paramètre ont été étalonnées par des essais d'écrasement. La valeur du paramètre est constante pour un matériau donné, et est indépendan[C du parcours de déformation.