Machinability study of aluminum-lithium alloys for aerospace applications: influences of heat treatments and machining conditions

Résumé

Cette thèse étudie l'usinabilité des alliages avances aluminium-lithium (Al-Li, Al-Li-Cu et Al- Li-Cu-Sc), appréciés pour leur faible densité, leur haute résistance a la traction et leur résistance à la corrosion, qualités essentielles pour les applications aérospatiales. Cependant, des défis subsistent, notamment la réduction de la rugosité de surface, des forces de coupe et des émissions de fines particules métalliques. Cette étude propose une analyse détaillée des effets de la composition des alliages, des traitements thermiques et des paramètres d’usinage sur ces défis, comblant ainsi un vide dans la littérature en examinant les impacts des ajouts de scandium et de cuivre sur les alliages Al-Li, leurs traitements thermiques et leur usinabilité. Les traitements thermiques ont été optimises pour chaque alliage afin d'atteindre la dureté maximale. L’alliage Al-Li a atteint 97 HV avec un traitement de solution à 580 °C/1 h suivi d’un vieillissement artificiel à 150 °C/45 h, tandis que les alliages Al-Li-Cu et Al-Li-Cu-Sc ont atteint respectivement 164 HV et 182,7 HV avec un traitement de solution à 505 °C/5 h suivi d’un vieillissement à 180 °C/20 h. Des expériences de fraisage en bout ont été réalisées avec une profondeur de coupe constante (2 mm), en conditions sèches et humides, en faisant varier les avances (0,05–0,15 mm/dent) et les vitesses de coupe (200–600 m/min). Les résultats clés montrent que l’alliage Al-Li a nécessité la plus faible force d’usinage (52,3 N), tandis que les alliages Al-Li-Cu et Al-Li-Cu-Sc ont nécessité respectivement 90 N et 67 N. Les forces de coupe ont diminué avec des vitesses de coupe plus élevées et augmente avec des avances plus élevées pour tous les alliages. L’utilisation d’un fluide de coupe a significativement amélioré l’état de surface de l’Al-Li (de 32,2 %) et réduit les forces de coupe pour l’Al-Li-Cu-Sc (de 26,6 %), bien que son effet sur l’Al-Li-Cu ait été limité. Les émissions de particules lors de l’usinage étaient principalement influencées par la vitesse de coupe, suivie de la dureté de l’alliage et de l’avance. L’alliage Al-Li-Cu-Sc, malgré sa haute dureté, a démontré une usinabilité supérieure grâce à une microstructure affinée par l’ajout de scandium. Les résultats soulignent l’importance des traitements thermiques optimisés et des paramètres d’usinage pour développer des matériaux légers et résistants, adaptes aux composants aérospatiaux avec une qualité de surface et une précision d’usinage supérieures.

Date	19 déc. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Victor Songmene (Directeur(-trice)) & Samuel Fawzy Hosny (Codirecteur(-trice))