Rhéologie d'un alliage coulé d'aluminium pour l'optimisation du procédé de forge d'une suspension automobile

Résumé

Les alliages d’aluminium ont vu leur utilisation augmenter grandement ces dernières années, notamment dans le domaine de l’automobile, au vu de leur bon ratio poids-caractéristiques mécaniques. Pour optimiser l’utilisation de tels matériaux, il est nécessaire de connaitre leurs caractéristiques mécaniques. En forgeage, le comportement en compression à chaud devient alors particulièrement primordial. Différents phénomènes microstructuraux tel que l’écrouissage, l’adoucissement et la recristallisation peuvent intervenir pendant et après la déformation. Ces phénomènes ont un impact sur le comportement en contrainte et déformation de l’alliage. Dans le but d’optimiser le procédé de forgeage d’une pièce de suspension automobile, nous allons étudier la rhéologie d’un alliage d’aluminium produit selon quatre procédés différents. Il sera, par la suite, intéressant de simuler la compression à chaud, grâce aux lois de comportement de l’alliage. La présente étude vise à connaitre l’évolution en contrainte de l’alliage d’aluminium 6082, obtenu suivant quatre procédés différents : l’alliage 1 homogénéisé et extrudé, l’alliage 2 non homogénéisé coulé par maintien électromagnétique, l’alliage 3 homogénéisé coulé et l’alliage 3 coulé de la même façon et non homogénéisé. Ces quatre types de procédé d’obtention feront l’objet de tests de compressions uni axiaux entre 450°C et 540°C pour des vitesses de déformations comprises entre 0,01s-1 et 0,5s-1. Les mesures de la force de compression et du déplacement nous donnent les contraintes et les déformations et nous permettent d’obtenir une relation du type σ = f (ε). Ces essais ont permis de comprendre l’effet de la vitesse de déformation et de la température sur les courbes de contraintes lors de la compression à chaud. L’exploitation de ces courbes suit l’hypothèse de déformation uniforme au sein de l’échantillon. Les résultats en contrainte-déformation ont été corrigés de l’élévation de la température due à la transformation d’une partie de l’énergie de compression en chaleur, et également de la friction. Cette dernière a été étudiée suivant différentes approches et des calculs comparatifs ont été réalisés afin de déterminer l’influence de ces corrections sur les contraintes et les courbes de déformations. Nous pouvons alors modéliser ces courbes à l’aide de lois, notamment la loi d’Arrhenius qui transcrit des phénomènes microstructuraux de l’alliage par l’intermédiaire de l’énergie d’activation. Cette énergie est calculée pour chaque alliage d’une façon itérative (pas à pas) et d’une façon numérique (par recherche de l’optimum). La première méthode nous montre que l’énergie d’activation est fortement influencée par l’homogénéisation de l’alliage. Puis nous pourrons utiliser la loi de Hansel Spittel pour simuler des tests de compressions. Les lois définies pour les alliages de l’étude serviront à réaliser des simulations de compression identiques aux tests expérimentaux. Lors de ces simulations, nous verrons que l’hypothèse de compression uniforme au sein de l’échantillon, n’est en réalité pas respectée. Nous étudierons l’effet des paramètres de friction sur la géométrie de l’échantillon simulé afin de s’approcher de la géométrie des essais expérimentaux. Nous déduirons ensuite les courbes de déformation de la simulation pour les comparer avec les courbes expérimentales. Nous montrerons alors le rôle joué par les hétérogénéités de déformations et de vitesses de déformation au sein de l’échantillon et chercherons à les lier à la différence de contrainte obtenue au niveau macroscopique. En plus de cette recherche sur l’hétérogénéité, l’effet des différents paramètres possibles (température, déformation et vitesses de déformation) sur la courbe de contrainte déformation seront étudiés en supprimant leur effet lors de la compression. Nous conclurons alors sur les effets de l’hétérogénéité de déformation, de la friction et des paramètres des lois de déformation.

Date	27 mai 2019
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Philippe Bocher (Directeur(-trice))