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École de technologie supérieure
Département de génie mécanique
Responsable(s) de cours : Mohammad Jahazi


PLAN DE COURS

Automne 2019
SYS813 : Matériaux à haute résistance mécanique et leurs procédés de fab. (3 crédits)



Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Ce cours vise à :
• Présenter les principales caractéristiques des matériaux HRM et leurs procédés de fabrication, particulièrement les matériaux utilisés dans la fabrication aéronautique (avions et hélicoptères) et dans les turbines pour la production d’électricité;
• Décrire, par le biais d’exemples pratiques, les interactions entre le procédé de fabrication, le matériau et les conditions de travail en service;
• Permettre une meilleure compréhension du comportement du matériau sur les nouvelles conceptions et le développement de nouveaux procédés de fabrication.

Position, importance et classification des matériaux HRM, principales caractéristiques et domaines d’application. Propriétés recherchées : limite d’écoulement, résistance mécanique, ductilité, résilience, ténacité, fluage, fatigue. Considérations sur le design, caractéristiques métallurgiques et méthodes de caractérisation. Mécanismes de durcissement : écrouissage, solution solide, précipitation, changement de phase. Matériaux HRM dans un avion : carlingue, train d’atterrissage et moteur. Considérations sur les modes d’endommagement en service en relation avec la microstructure et les propriétés mécaniques. Alliages d’aluminium à haute résistance mécanique. Aciers à haute résistance mécanique. Matériaux composites. Alliages de titane. Les superalliages. Les procédés de fabrication/ mise en forme des matériaux HRM-I.



Objectifs du cours

Objectif général du cours

Les matériaux à haute résistance mécanique (HRM) métallique ou composites sont de plus en plus utilisés dans les pièces critiques dans les industries de transport (e.g. aéronautique, automobile, rail, marine,…) et d’énergie (e.g. éolienne, pétrole, gaz,…). Les aubes de turbine et disques des moteurs d’avions faites d’alliages de nickel, les arbres de transmission pour les éoliennes faites d’aciers alliés, et les fuselages d’avions fait d’alliage d’aluminium ou de matériaux composites en fibre de carbone, ne sont que quelques exemples illustrant l’importance qu’ont ces matériaux dans la fabrication mécanique. Du super léger au plus résistant, ces matériaux sont parmi les plus avancés et sont fabriqués avec les méthodes les plus modernes. Cependant, le coût croissant des matières premières, les exigences environnementales, de plus en plus strictes, et la grande compétitivité du marché des transports et d’énergie nécessitent une meilleure utilisation de ces matériaux et une optimisation des procédés de fabrication existants et/ou le développement de nouveaux matériaux et de technologies de fabrication ‘vert’ et à faible coût correspondant aux besoins de l’industrie.

 

L’objectif de ce cours est de présenter les principales caractéristiques des matériaux HRM et leurs procédés de fabrication. L’accent sera mis sur les matériaux HRM les plus utilisés dans les industries de transport et d’énergie. En particulier, l’accent sera mis sur les matériaux utilisés dans la fabrication aéronautique (avions et hélicoptères) et ceux utilisés dans les turbines pour la production d’électricité. Ce choix est basé sur le grand nombre de matériaux utilisés et les exigences en propriété et conditions extrêmes de travail rencontrées lors de l’opération de ces systèmes. Spécifiquement, les grandes classes de matériaux métalliques tels les alliages de titane, les superalliages, les alliages d’aluminium, les différents types d’acier ainsi que les composites polymériques à haute résistance mécanique et leurs procédés de fabrication seront discutés. Les interactions entre le procédé de fabrication, le matériau et les conditions de travail en service seront décrites à travers des exemples pratiques. L’importance d’une meilleure compréhension du comportement du matériau sur les nouvelles conceptions et le développement de nouveaux procédés de fabrication sera considérée.

 

Objectifs spécifiques

À l’issue du cours, l’étudiant sera évalué sur sa capacité à pouvoir :

  1. connaître les différentes classes de matériaux à haute résistance mécanique,
  2. connaître les matériaux et leurs critères de sélection pour les applications dans la structure et le moteur des aéronefs et des turbines à production d’électricité (gaz, vapeur, eau).
  3. connaître les procédés de fabrication existants et émergents dans le domaine des matériaux à haute résistance mécanique,
  4. connaître l’influence des procédés de fabrication sur l’évolution des propriétés mécaniques en service des matériaux HRM,
  5. faire une sélection optimale de matériaux et de procédés en fonction de l'application prévue.



Stratégies pédagogiques
  1. Il n’y a pas de livre de référence obligatoire, cependant, la référence numéro 1 dans la liste fournie est fortement recommandée. Les autres références traitent de façon plus approfondies certaines notions traitées dans le cours.
  2. Le cours (3 heures par semaine) : Des exposés magistraux permettront de construire et tester les connaissances. L’accent est mis sur la participation active des étudiants et inclut des périodes plus informelles de discussion afin de permettre une autoévaluation des notions enseignées.
  3. Mise en situation : Pour illustrer certaines notions, des problèmes réels rencontrés en industrie seront présentés et discutés en classe. Le but principal est d’encourager les étudiants à échanger des idées et analyser un problème industriel en groupe.
  4. Projet pratique (10%) : Les étudiants sont appelés à étudier et à présenter un matériau et un procédé de fabrication pour une application donnée. Les procédés de fabrication du matériau et de la pièce sélectionnée, les avantages et les limites des procédés, les nouveaux développements et les avenues de recherche doivent être discutés. Une présentation du projet pratique sera donnée par chaque groupe à la 13ème semaine.
  5. Projets bibliographiques (20%) : Certains thèmes qui ont trait aux techniques d’analyse et de caractérisation avancées ou des notions plus avancées des mécanismes fondamentaux de l’évolution de la microstructure seront à étudier et présentés au cours de la session (semaines 4 et 10).
  6. L’examen intra (30 %) : L'examen intra permettra aux étudiants de baliser leur apprentissage, de vérifier la compréhension des notions étudiées et de vérifier qu’ils réagissent correctement à des problèmes simples.
  7. Conférenciers invités : Une ou deux conférences par des industriels pour couvrir des aspects complémentaires d’utilisation et d’applications de ces matériaux et procédés ainsi que les défis rencontrés dans un milieu industriel spécifique.
  8. Visites industrielles : Une ou deux visites industrielles seront organisées pour permettre aux étudiants de voir de près l’application des notions théoriques discutées lors des cours magistraux ou par les conférenciers.



Utilisation d’appareils électroniques

Sans objet




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 08:30 - 12:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Mohammad Jahazi Activité de cours Mohammad.Jahazi@etsmtl.ca A-2148



Cours

Cours

Activités

1

Généralités : Position, importance et classification des matériaux HRM, leurs principales caractéristiques et les domaines d’application.

2

Les propriétés recherchées : Limite d’écoulement, résistance mécanique, ductilité, résilience, ténacité, fluage, fatigue, corrosion : considérations sur le design, caractéristiques métallurgiques et méthodes de caractérisation.

Les mécanismes de durcissement : Écrouissage, solution solide, précipitation, changement de phase.

3

Matériaux HRM dans un avion : les modes d’endommagement en service en relation avec la microstructure et les propriétés mécaniques.

4

Présentation projet bibliographique I.

5

Les alliages d’aluminium à haute résistance mécanique.

6

Les aciers à haute résistance mécanique.

7

Les alliages de titane.

8

Examen intra (portant sur les cours 1 à 6).

9

Les superalliages.

10

Présentations projet bibliographique II.

11

Les procédés de fabrication/ mise en forme :

  • Les alliages de la structure : Al, Mg;
  • Les alliages du moteur et du train d’atterrissage :
    • Les superalliages, alliages de titane, les aciers UHSS.

 

12

Mise en forme à haute température : structures coulées et/ou forgées, fabrication additive, formabilité à haute température, évolution de la microstructure et impact sur les propriétés en service.

Conférencier invité: Étude de cas.

13

Présentation des projets pratique.




Laboratoires et travaux pratiques

Sans objet




Évaluation
Assiduité et participation active en classe 10 %
Examen intra 30 %
Projet en équipe 30 %
Examen final 30 %

 

Notes :

  • Aux examens intra et final, aucune documentation n’est permise,
  • Une feuille de formule vous sera fournie avec le questionnaire d’examens.

 

Clause particulière. Pour réussir le cours, l’étudiant doit avoir au moins une moyenne pondérée de 50 % aux évaluations individuelles (examen intra et examen final).




Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Sans objet




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/A-propos/Direction/Politiques-reglements/Infractions_nature_academique.pdf ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).

Dispositions additionnelles

Sans objet




Documentation obligatoire

Sans objet




Ouvrages de références

Rérérences recommandées mais non obligatoires :

  1. Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials, F.C. Campbell, Elsevier, 2006.
  2. Des Matériaux, Jean-Paul Bailon, Jean-Marie Drolot, Presses Internationales Polytechnique, 2010.
  3. Fundamentals of Modern Manufacturing, M.P. Groover, Wiley, 2007.



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/

http://www.etsmtl.ca/Chaires-de-recherche/chaire-CM2P/Accueil