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Au cours des dernières décennies, les alliages d’aluminium ont vu leur utilisation considérablement augmenter notamment dans l’industrie aéronautique et automobile. En effet, les alliages d’aluminium présentent de nombreux avantages tel qu’une faible masse volumique, un point de fusion bas : l’énergie consommé est donc moindre mais en terme de procédé cela est un désavantage. Ils ont également une mise en œuvre facile que ce soit par laminage, moulage, formage, étirage ou extrusion ou encore leur recyclage facile. Mais leurs principaux attraits sont leur très bon ratio caractéristiques mécaniques/poids, leur bonne qualité de surface, et leur résistance à la corrosion. Ainsi ceux sont des candidats parfaits pour la fabrication en série par le procédé de forgeage d’une pièce de suspension automobile.
Afin d’optimiser cette production, il est nécessaire de savoir simuler la déformation des types de procédé d’obtention d’aluminium 6082 grâce à des lois de comportement. Cependant il existe toujours des différences entre réalité et simulations numériques. Pour réaliser ces simulations, l’obtention des données lors de la déformation est nécessaire dans un premier temps. Leur traitement est soumis à certaines hypothèses telles que la déformation uniforme d’un échantillon compressé uni-axialement. Nous nous demanderons alors si ces hypothèses sont véridiques et l’influence qu’elles peuvent avoir sur les lois de comportement dans le but d’avoir une simulation la plus proche possible de la réalité.
Pour définir les caractéristiques mécaniques des alliages, les compressions à chaud deviennent alors les tests primordiaux. Ils vont permettre de connaitre les caractéristiques rhéologiques d’alliages sensiblement différents en définissant le comportement en contrainte-déformation ainsi que l’évolution microstructurale de l’alliage. Il faudra alors tenir compte des phénomènes perturbateurs lors de ces tests de compressions, tels que l’élévation de température et surtout la friction. L’exploitation de ces tests est soumise à certaines hypothèses : ils sont supposés uni-axiaux et uniformes. D’une part, l’observation de la microstructure permet de déterminer de nombreux phénomènes internes intervenant dans l’alliage. Et d’autre part, les courbes de ontrainte-déformation sont un outil permettant de déduire certains comportements au niveau macroscopique ainsi que les lois de comportement qui vont servir à la simulation.
Traitements Thermomécaniques
Alliages d’Aluminium
Les alliages d’aluminium, ont pour principaux avantages, leur ratio poids/résistance mécanique et leur résistance à la corrosion, ce qui en font de bon candidat pour du forgeage. Une classification existe pour différencier les alliages suivant leurs métaux d’addition. Cette classification est supervisée par l’Aluminium Association Inc (« Aluminum Alloys 101, ») qui a alors défini des séries d’alliages d’aluminium suivant leurs éléments d’addition, pour les aluminiums corroyés et pour les aluminiums de fonderie.
L’alliage dont il est question dans notre étude fait partie de la famille 6082 (dans la série 6XXX) dont les principaux éléments d’alliages sont le magnésium et le silicium pour former du siliciure de magnésium dans l’alliage. Cette série présente des alliages malléables, soudables, ayant une bonne résistance mécanique et résistance à la corrosion ; ce qui en fait des candidats parfaits pour les applications architecturales et structurelles. En effet les produits d’aluminium et de cette série notamment, ont beaucoup d’applications dans l’industrie aéronautique et de transport en général. Il est intéressant de noter que les alliages de cette série, souvent extrudés, peuvent être durcis par traitement thermique. On peut noter certains exemples types d’utilisations : bloc moteur, roue de voiture, châssis de voiture, bras de suspension, etc… (Racine, 2009).
Les changements d’état que peuvent subir les alliages de cette série dans le cas d’élévation de température par exemple lors d’une déformation sont primordiaux pour pouvoir les étudier. Le diagramme de phase de l’aluminium avec le magnésium et le silicium montre pour des valeurs de pourcentage en poids entre 1 et 2 % de Mg2Si qu’à partir d’une certaine température on peut atteindre le domaine dans lequel il y a la dissolution de la phase Mg2Si. Il peut donc y avoir une dissolution des précipités lors de phénomènes comprenant une élévation de température, tel que les compressions à chaud.
L’observation du transfert de chaleur au sein de l’alliage permet de remarquer d’éventuels transformations physiques ou transformations de phases. Par exemple si un échantillon solide atteint la température de fusion, il absorbe plus de chaleur à cause de la transformation endothermique de solide vers liquide. A l’inverse, des transformations exothermiques peuvent avoir lieu aussi tel que la recristallisation, pour lesquelles l’échantillon a besoin de moins de chaleur. Il est important de connaitre le lien entre les transferts de chaleur et les transformations qui peuvent avoir lieu dans le matériau, spécialement celle qui pourrait indiquer un changement de microstructure interne. Cela permettra de mieux comprendre les résultats des compressions à chaud.
Forgeage
Le forgeage, de même que l’extrusion et le laminage, est un procédé de mise en forme à grande déformation. Une force de compression, à l’aide de matrices plus ou moins sophistiquées, est appliquée sur le métal afin de le déformer plastiquement. L’obtention du résultat final peut nécessiter de nombreuses passes sur différentes matrices. Ce procédé donne des pièces résistantes en contrainte, en fatigue et en impact. Le design et le procédé de fabrication permettent de ne pas avoir de porosité dans les pièces, ce qui les rend d’autant plus fiables et sécuritaires. Ainsi les principaux avantages du forgeage sont : la présence moindre de défauts de surface et donc un comportement plus prédictible, un bon rapport résistance/poids (qui dépend également du métal utilisé : acier ou aluminium) et une surface de qualité suffisante pour permettre l’application d’un revêtement. Donc le forgeage conduit à des pièces pouvant être directement prêtes à l’emploi, en diminuant la quantité d’assemblages et en permettant une grande cadence de production. (Racine, 2009) .
Pour optimiser le procédé de forgeage, il est nécessaire de connaitre le comportement mécanique de l’alliage utilisé ; pour cela des tests de compressions sont utilisées. Le comportement en compression des alliages métalliques dépend fortement du type de compression effectué et donc des conditions aux limites définies. Szeliga, Gawad, & Pietrzyk, (2006) nous donnent un aperçu des différents tests possibles, notamment la compression uniaxiale, la compression d’un anneau, la compression d’un cube et la compression à déformation plane dans une matrice (Fereshteh-Saniee, Pillinger, Hartley, 2004). De nombreux auteurs (Solhjoo, 2010 ; Li, Onodera, Chiba, 2010) s’accordent à dire que le test de compression uni axial est le plus communément utilisé. Il sera donc un bon test pour déterminer les données de contrainte-déformation. Cependant dans tous ces tests, la friction est un phénomène non négligeable dont il faudra tenir compte.
INTRODUCTION |
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