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

Résumé

Les avantages métallurgiques de produire des pièces par rhéomoulage sont grandement répandus pour les alliages communs de fonderie de typeAl-Si. Toutefois, d'autres alliages plus performants d'un point de vue de la résistance mécanique pourraient susciter un intérêt marqué dans des applications spécialisées de l'industrie automobile. En effet, la demande croissante de produits plus concurrentiels requiert des développements pour de nouveaux alliages. Cependant, pour demeurer compétitif, ces alliages doivent être mieux adaptés aux procédés de rhéomoulage afin de profiter pleinement des bénéfices de la mise en forme par voie semi-solide.

Les alliages Al-Cu de la série 2XX sont reconnus pour leurs résistances mécaniques supérieures, mais ils n'ont jamais été des candidats au moulage sous-pression en raison de leur propension élevée aux déchirures à chaud. Cependant, le comportement rhéologique de la pâte semi-solide relié aux procédés de rhéomoulage offre de meilleures conditions de moulage qui pourraient contribuer à réduire de façon considérable ce type de défaut.

Dans un premier temps, les travaux ont été orientés sur les facteurs permettant de réduire les déchirures à chaud pour des pièces de l'alliage 206 produites par le procédé semi-solide SEED. Par la suite, une étude comparative sur les propriétés mécaniques en traction et en fatigue a été effectuée sur quatre variantes de l'alliage 206. Au cours de ces travaux, plusieurs aspects métallurgiques ont été analysés, dont les principaux sont : i) les liens entre le mécanisme de fissuration à chaud et la vitesse de solidification en semi-solide pour des alliages 206 modifiés, ii) les effets des variations de composition en silicium, en cuivre et en fer des alliages 206 modifiés sur leurs propriétés mécaniques. Les résultats de résistance mécanique en traction et en fatigue ont été comparés aux spécifications pour des applications de l'industrie automobile et également à d'autres alliages et procédés concurrents.

Les pièces produites à partir du procédé SEED, combinées à des alliages 206 modifiés ont pu être moulées avec succès. De plus, les résultats démontrent une réduction significative des défauts reliés aux déchirures à chaud et les performances mécaniques sont supérieures aux exigences de l'industrie automobile. Entre autres, les propriétés en fatigue des deux meilleurs alliages modifiés 206 étaient supérieures à celles d'un alliage A357 de fonderie et se rapprochaient de celles d'un alliage AA6061 forgé.

Actuellement, il n'y a tout simplement pas d'application connue pour la coulée sous-pression avec l'alliage 206 {Liquid Die-casting). Ceci est principalement dû à la forte propension à la fissuration à chaud et les limitations face à la géométrie des pièces et l'assemblage subséquent. Cette étude a permis de démontrer qu'en plus de produire des pièces avec une microstructure semi-solide pour de larges variations de compositions chimiques, le procédé de rhéomoulage SEED offre la possibilité d'obtenir des pièces saines {Sound Part) et de géométrie complexe.

Les conclusions de ces travaux démontrent des progrès significatifs en identifiant les principaux facteurs reliés à la faisabilité de pièces de haute performance avec l'alliage 206 à partir du procédé SEED. Cette recherche constitue donc un travail de fond sur les développements de nouveaux alliages Al-Cu pour les procédés de semi-solide et, du même coup, à l'expansion de l'aluminium pour des applications de haute performance.

N. B. Le présent mémoire fait partie d'un projet de recherche élaboré par la Chaire industrielle de recherche CRSNG et RIO TINTO ALCAN sur les nouvelles avenues en métallurgie de la transformation de I 'aluminium (CIMTAL).