DÉVELOPPEMENT DU MODÈLE ANALYTIQUE

DÉVELOPPEMENT DU MODÈLE ANALYTIQUE

Moulage

Comme il a été déjà mentionné précédemment, il existe une multitude de procédés de moulage. Ils peuvent être classés en fonction du type de moule utilisé « permanent ou destructible ». Le choix du procédé à suivre dépend de certains critères :
> Séries et productivité ;
> Précision dimensionnelle et état de surface ;
> Épaisseur minimale des pièces à réaliser ;
> Compatibilité de l’alliage utilisé par rapport au procédé.
Les techniques de moulage sont divisées en deux grandes classes selon le type du moule utilisé, destructible ou permanent. Les procédés couramment utilisés en fonderie d’aluminium sont principalement : le moulage en sable à faible pression pour les moules destructibles d’une part et le moulage à haute pression du métal liquide et le moulage semi solide pour les moules permanents d’autre part.

Moulage sous pression à l’état semi-solide, SEED

Plusieurs méthodes de mise en forme des alliages d’aluminium à partir de l’état liquide « moulage » ont été développées. Cependant, elles présentent toutes des inconvénients qui influencent la qualité et la quantité de production. Le moulage semi-solide est un procédé à haute pression à moule permanent, il n’a été développé qu’au début des années soixante dix. Ce procédé est basé sur la propriété de thixotropie que possèdent quelques alliages métalliques lorsque leur température est située dans leur intervalle de solidification, c’est-àdire lorsqu’ils sont dans l’état pâteux. Il est intéressant d’étudier et de développer ce type de moulage, vu les améliorations des caractéristiques qui peut fournir sur le plan microstructural. Ce dernier a un lien direct avec les propriétés mécaniques du matériau notamment la résistance à la fatigue.
En effet, J. Wannasin et S. Thanabumrungkul [7] ont développé une nouvelle technique de traitement des métaux semi-solide destinée aux applications de moulage d’aluminium.
Toujours dans le but de transformer la structure dendritique des grains en structure globulaire, figure 2.2, ils ont constaté que par l’écoulement des bulles de gaz à travers un objet poreux dans le métal fondu maintenu à une température supérieure à la température du liquidus, on peut obtenir une pâte métallique semi-solide.
Afin de confirmer leur théorie, l’expérience était appliquée sur trois alliages d’aluminium. A357, Al-4.4%Cu et PADC12. D’après les courbes de refroidissement obtenues, les analyses thermiques effectuées, et en utilisant l’équation de Scheil pour estimer la fraction solide, ils sont parvenus à conclure que pour les deux premiers alliages il est possible d’obtenir le métal semi-solide avec une fraction de solide élevée, de l’ordre de 40 % à 50 %. Par contre, pour l’alliage ADC12, les courbes de refroidissement ont révélé qu’il subi la réaction eutectique lors de la solidification. Par conséquent, la courbe de fraction de solide n’est pas valide.Le moulage semi-solide est une méthode où le métal est partiellement liquide et partiellement solide, ce mélange est inséré dans le moule à haute pression. Il a été développé au MIT (Massachussetts Institute of Technologie) comme une excroissance de recherche sur la formation des fissures dans des pièces métalliques coulées lors de la solidification à la suite de la contraction entravée nommée hot tearing en 1970. Malgré que l’apparaissions de ce procédé remonte à 40 ans, il n’a été commercialisé qu’au milieu des années 1990.
L’expérience initiale aboutissant à l’invention du MSS était réalisée par David Spencer dans le cadre de sa thèse de doctorat. Dans cette expérience, David découvre l’essentiel des propriétés rhéologiques des métaux. D’après ses recherches, il a effectué des essais industriels pour démontrer la faisabilité de ces deux routes, dont ils les avaient appelés « rhéomoulage » et « thixomoulage » ; il a aussi constaté que le métal partiellement solidifié est thixotrope. En plus, il peut être déformé sous pression. Par la suite et en se basant sur le comportement du métal à l’état semi-solide plusieurs techniques d’élaboration ont été développés fondés sur le forgeage, moulage, extrusion, laminage et les hybrides de ces procédés .

Principe du moulage semi-solide :

Ce procédé repose sur la propriété de thixotropie que possèdent quelques alliages métalliques. Un corps est dit thixotrope lorsque sa viscosité diminue sous l’effet d’une contrainte de cisaillement. Les métaux semi-solides possèdent une consistance pâteuse leur permettant d’être injectés sous pression dans des moules avec un écoulement minimisant l’entraînement d’air. Les alliages d’aluminium se prêtent bien à ce type de mise en forme qui peut être effectué par thixomoulage ou par rhéomoulage .Ce nouveau procédé développé par la société Alcan appelé SEED d’après les mots anglais pour « dispositif d’équilibration de l’enthalpie en tourbillon » est simple et efficace avec un rapport qualité prix meilleur. Ce procédé se réalise en deux étapes, premièrement une extraction rapide d’une quantité de chaleur bien définie du métal liquide afin de produire un coulis liquide/solide, ensuite évacuer l’excès du liquide laissant derrière un métal pâteux sous forme d’une billette compacte autoporteuse que l’on peut ensuite manipuler et mettre en forme sous pression.
figure 2.5. En utilisant cette approche, il n’est pas nécessaire de mesurer la température du matériau pendant le traitement. Ce procédé peut être appliqué à un grand nombre d’alliages d’aluminium, il peut aussi être facilement adapté pour produire une multitude de pièces [12]. Le principal avantage du procédé SEED est qu’il n’exige pas un contrôle de température. Le transfert de chaleur peut être aisément contrôlé par la masse et le matériau du creuset. Ce dernier absorbe une quantité de chaleur pour atteindre l’équilibre thermique. La simplicité du procédé le rend plus économique.

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Table des matières

Résumé
Remerciements
Chapitre 1 INTRODUCTION
1.1 Problématique
1.2 Objectifs
1.3 Méthodologie
Chapitre 2 REVUE DE LITTERATURE
2.1 Alliages d’aluminium
2.2 Procédés de fabrications
2.2.1 Moulage
2.2.2 Moulage sous pression à l’état semi-solide, SEED
2.3 Fatigue des matériaux
2.3.1 Types d’excitations en fatigue
2.3.2 Diagramme d’endurance
2.3.3 Endommagement par fatigue, amorçage et propagation
2.3.4 Facteurs influençant sur l’endurance des pièces
2.4 Synthèse de la revue de littérature
Chapitre 3 DÉVELOPPEMENT DU MODÈLE ANALYTIQUE
3.1 Approches en déformation
3.2 Approches en contraintes
3.3 Approche énergétique SWT
3.4 Calcul analytique de la durée de vie
Chapitre 4 ÉTUDE NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE
4.1 Présentation des pièces
4.2 Bras de suspension supérieur
4.2.1 Étude fréquentielle
4.2.2 Analyse des contraintes
4.3 Bras de suspension inférieur
4.3.1 Sollicitation selon l’axe Y
4.3.2 Sollicitations selon l’axe Z
4.3.3 Sollicitations selon l’axe X
4.4 Calibration et étalonnage
4.4.1 Étude fréquentielle et vibratoire
4.4.2 Calibration du banc d’essai de fatigue
4.5 Étude expérimentale du bras triangulaire
4.5.1 Conception du montage
4.5.2 Préparation des pièces
4.5.3 Instrumentation
Chapitre 5 RESULTATS ET DISCUSSIONS
5.1 Bras de suspension supérieur
5.2 Bras de suspension inférieur instrumenté
5.3 Essai de traction et de compression
5.4 Résultats de fatigue
5.4.1 Selon l’axe Z et l’axe X
5.4.2 Selon l’axe Y
Chapitre 6 CONCLUSION
RÉFÉRENCES