Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

La place que prend l'aluminium sur le marché des métaux est de plus en plus importante en raison de ses différentes qualités comme sa légèreté et ses bonnes propriétés mécaniques. Ceci est particulièrement vrai dans le domaine de l'automobile où il remplace de plus en plus l'acier. Cette industrie utilise souvent le forgeage comme méthode de mise en forme pour obtenir un maximum de résistance et de fiabilité des pièces faites d'aluminium. Ces pièces ont l'avantage d'être légères, solides et résistantes à la corrosion mais ont l'inconvénient d'être plus coûteuses à réaliser.

Dans le cas de la fabrication de bras de suspension forgés à chaud, quatre étapes principales permettent de passer de l'aluminium liquide au produit fini. La première étape est la coulée en direct chill (D.C.) de billettes de haute qualité ayant de petits diamètres (50 - 100mm). La deuxième consiste en un traitement d'homogénéisation qui a pour but de rendre les billettes telles que coulées aptes au forgeage en les portant à des températures légèrement sous le point de fusion de l'alliage. Après un refroidissement contrôlé, les billettes sont coupées en lopins qui sont ensuite entreposés. Lors de la troisième étape, les lopins sont préchauffés et maintenus une seconde fois à haute température. Finalement, à la quatrième étape, ils sont transférés vers une presse mécanique de forgeage à chaud et y sont forgés.

Une façon d'optimiser ce procédé est de réduire le nombre d'étapes de fabrication. Ici, les températures atteintes lors des étapes d'homogénéisation et de préchauffe sont similaires. La préchauffe pourrait donc possiblement être utilisée comme traitement d'homogénéisation, éliminant la nécessité d'un traitement séparé. Pour ce faire, la préchauffe doit remplir les mêmes fonctions que rhomogénéisation, soit diminuer suffisamment la présence de ségrégation d'éléments d'alliage ainsi que de phases à bas point de fusion et transformer les intermétalliques de fer (3-AlFeSi indésirables en a-Al(FeMn)Si moins dommageables. Une diminution adéquate de la microségrégation, de la quantité de phase à bas point de fusion et de phase (3-AlFeSi permet d'éviter plusieurs problèmes potentiels lors du forgeage : fissuration, bande d'échauffement adiabatique, liquation de certaines phases, etc. Les bénéfices visés par préchauffe seule devront s'obtenir après un temps de maintien minimum raisonnable qui est déterminé, entre autres, par les phases présentes, les éléments d'alliages utilisés ainsi que leur quantité.

Le but de l'étude est de vérifier l'équivalence entre des échantillons tels que coulés ayant eu une homogénéisation formelle suivi d'une préchauffe avant forgeage avec d'autres seulement préchauffés. Les échantillons seront soumis à différents profils de préchauffe avec des temps de maintien variant de 10 à 240 minutes à des températures se situant entre 450 et 565°C. L'équivalence de traitement est évaluée en fonction de quatre critères de comparaison, soit l'avancement de la transformation p -> a, le niveau de microségrégation présent dans l'espace interdendritique, la température de première fusion de l'alliage et finalement la réponse en forgeage libre. Chaque test nécessite une méthode d'investigation appropriée comme la microscopic optique, la microscopic électronique à balayage, la calorimétrie et l'essai de compression uniaxial à chaud.

Les tests ont révélé que, pour l'alliage AA6061 (Al-Mg-Si) à l'étude, certaines conditions de préchauffe pouvaient effectivement remplacer le traitement d'homogénéisation. Ils démontrent qu'un niveau adéquat de microségrégation est rapidement atteint et qu'une transformation suffisante ou complète de la phase (3-AlFeSi en ot-Al(Fe,Mn)Si s'effectue dans des temps raisonnables inférieurs à 120 min pour toutes les températures testées. Les contraintes d'écoulement du matériel coulé - préchauffé sont toutefois légèrement supérieur à celles d'un matériau ayant été homogénéisé. Au final, les résultats ont permis la construction de cartes de procédé, indiquant le degré atteint d'homogénéisation du matériau tel que coulé après préchauffe selon différents critères. Une carte résumé donne l'estimation de la forgeabilité du matériel tel que coulé vs homogénéisé selon différentes conditions de préchauffe.