Créé le : 03/08/2009
Le présent document est le premier numéro d'une série de bulletins signalétiques trimestriels à paraître au cours de l'année 2002. En accord avec les décisions prises lors de la réunion du 14 janvier au Cetim Senlis, notre domaine de surveillance se limite à cinq thèmes : la mise en forme, l'usinage, les traitements de surface, les technologies d'assemblage et le forgeage des alliages d'aluminium. Compte tenu des changements intervenus dans le Pôle Aluminium au cours de ces derniers mois et de la mise en place récente d'une nouvelle organisation avec des objectifs mieux structurés en matière de veille technologique, la synthèse signalétique qui est présentée dans ce premier numéro remonte a posteriori aux deux dernières années. Les numéros suivants se rapporteront normalement et sauf exception, au trimestre précédant la dernière parution. On y fera, comme ici, une mise à jour régulière des conférences/congrès à venir sur l'aluminium, ainsi qu'un point rapide sur des publications ou articles de synthèse sur des sujets d'actualité et dont on conseille la lecture.
1. Mise en Forme
Découpe et emboutissage
La génération de paillettes (slivers en anglais) lors des opérations de détourage des flans avant emboutissage de pièces de peau est un problème non encore parfaitement maîtrisé en carrosserie automobile. Cette question a fait l'objet d'une étude récente (1.1) dont les résultats ont été présentés lors du congrès Aluform qui s'est tenu à Paris les 15 et 16 janvier 2002. Après avoir analysé le mécanisme de formation de ces débris et montré le rôle de divers paramètres métallurgiques et technologiques tels que le jeu entre la lame et le serre flan, l'angle de coupe, l'état de surface de l'outil de coupe etc, les auteurs ont établi un certain nombre de recommandations pratiques visant à minimiser la génération de débris dans les outil s d'emboutissage. Des travaux se rapportant au même sujet avaient été présentés par des auteurs américains au congrès annuel TMS 2001 (1.2).
Lubrification/Frottements/Usure
La productivité d'une ligne d'emboutissage et la qualité des pièces produites sont largement déterminées par les conditions de frottement à l'interface métal/outils. Une étude publiée récemment par l'Université de Stuttgart fait le point sur cette question dans le domaine de l'emboutissage des pièces de carrosserie automobile en alliages d'aluminium (1.3). Les rôles respectifs de la topographie de surface des tôles, des revêtements, de l'état de surface des outillages et de la lubrification sur les conditions de frottement y sont présentés. En ce qui concerne plus particulièrement les revêtements d'outillage, une publication du TNO datant de l'année précédente (1.4) montre les avantages apportés par un traitement CVD en terme de coefficient de frottement par comparaison à un traitement PVD. Notons enfin que d'après une étude récente publiée dans Wear en 2001 (1.5), un film sec à base d'acide borique en solution aqueuse aurait un pouvoir lubrifiant comparable aux lubrifiants commerciaux, secs ou liquides, en emboutissage à froid sans être nocif pour la santé ou l'environnement.
Formage à tiède
Plusieurs articles ont été publiés sur ce sujet au cours des deux dernières années (1.6) à (1.9) ; la plupart concernaient des alliages utilisés pour la fabrication de pièces de peau ou de structure interne en carrosserie automobile tels que le 6016, le 5754 ou le 5083. Tous montrent que , dans le domaine des températures comprises entre 100°C et 250°C, l'aptitude à l'emboutissage profond des alliages d'aluminium, caractérisée par la rapport limite d'emboutissage(LDR), est très sensiblement améliorée, en relation avec l'augmentation de l'allongement à rupture. Des corrélations ont été établies entre le LDR et les propriétés mécaniques de traction en fonction de la température et de la vitesse de déformation (1.6). Ce thème a également fait l'objet d'une communication au récent congrès Aluform (1.10).
Hydroformage
Le procédé d'hydroformage trouve des applications de plus en plus nombreuses dans l'industrie automobile, pour la réalisation en petites séries d'emboutis profonds, de tubes expansés ou de profilés creux de forme complexe. Les travaux de l'Université de Stuttgart font référence dans ce domaine, comme en témoignent les communications présentées au congrès Aluform qui concernaient le formage sous pression de profilés (1.11) et l'emboutissage de pièces carrosserie automobile (1.12). A noter également deux articles récents qui font le point , l'un sur l'état de l'art en hydroformage de tubes, profilés et produits plats pour emboutissage (1.13), l'autre sur les applications de l'hydroformage de profilés roulés de forme complexe pour les transports (1.14).
Contrôles Non Destructifs
La déformation plastique du métal, au cours de l'emboutissage, génère une activité acoustique qui peut être détectée par un capteur. A partir d'un modèle d'émission acoustique dont les paramètres ont été calés sur les résultats d'un essai de traction, des chercheurs de l'Université du Minnesota (1.15) ont pu reproduire le signal d'émission acoustique enregistré au cours de l'emboutissage d'une coupelle du même métal. Intense au début de la mise en forme, le signal s'affaiblit toutefois par la suite et ne permet plus de détecter des variations liées aux conditions de process.
2. Traitements de surface
Substituts aux composés à base de chrome hexavalent
Des traitements de substitution sont recherchés depuis plusieurs années comme solutions de rechange aux chromates ou aux composés cancérigènes à base de chrome hexavalent pour la protection de l'aluminium. Plusieurs articles parus au cours de l'année 2001 font le point sur l'état de l'art dans ce domaine (2.1) à (2.5).
Un nouveau traitement de surface par pulvérisation d'un gel époxy à base de silicate est décrit comme offrant un degré de protection très largement supérieur à celui de l'Alodine 1200, pour un alliage 2024 T3 (2.6). Les essais réalisés sur des échantillons de laboratoire mériteraient d'être confirmés par des expérimentations en vraie grandeur.
Deux brevets publiés en 2001 se rapportent à des traitements de protection sans chrome hexavalent ; il s'agit de procédés de conversion chimique en milieu aqueux faisant appel, l'un (2.7) à des sels de titane en pH acide, l'autre (2.8) à un dépôt de zinc recouvert d'une ou plusieurs couches composées d'agents épaississants et de liants (silane) dans un solvant approprié .
Des solutions de remplacement à base de composés organiques ont également été proposées :
- la mise en uvre d'une gamme de pré traitements hybrides composés d'un traitement de conversion chimique à base de Cr(III) non toxique et d'un film organique de type ormosils (2.9) ;
- l'incorporation d'inhibiteurs tels que molybdates ou permanganates dans le film anodique, pendant le traitement d'anodisation (2.10) ;
- l'emploi d'un dépôt organique chargé en zinc ou traitement électrolytique d'alliage zinc-nickel, supposé offrir un haut degré de protection contre la corrosion galvanique dans le cas des assemblages mixtes aluminium/acier en construction automobile(2.11).
3. Usinage
Morphologie des copeaux
L'étude des paramètres technologiques et métallurgiques qui déterminent la morphologie des copeaux d'usinage à grande vitesse de l'alliage 7075 a fait l'objet de deux publications remarquables en 2001 (3.1) (3.2).
L'une montre (3.1), à partir d'une analyse théorique et expérimentale que l'angle de cisaillement de la matière augmente avec la vitesse de coupe tout en produisant un copeau plus fin avec une force d'avance réduite. Les contraintes de compression résiduelles sont décrites en fonction des paramètres de coupe et du matériau d'outillage.
L'autre s'intéresse à l'influence de la structure métallurgique après revenu sur la fragmentation des copeaux d'usinage (3.2). Des copeaux fragmentés sont produits dans l'état sous-revenu et le degré de fragmentation augmente avec la vitesse ; dans l'état sur-revenu, au contraire, les copeaux restent entiers, même jusqu'aux plus grandes vitesses d'usinage. L'état revenu au pic de durcissement conduit à une population de copeaux partagée entre fragmentation et intégrité. Une analyse métallurgique est proposée.
Notons enfin que le développement d'alliages Al-Cu et Al-Mg-Si contenant des additions d'étain et de bismuth à des teneurs contrôlées pour favoriser la fragmentation des copeaux, en remplacement du plomb, a donné lieu à deux dépôts de brevets par Alusuisse Lonza en 1998 et 1999(3.3) (3.4).
Outillages/matériaux/revêtements
Les matériaux composites à matrice aluminium et fibres de SiC ou autres sont difficiles à usiner en raison de l'usure rapide des outils. Plusieurs articles récents (3.5)(3.6)(3.7) montrent la supériorité des outils de coupe en diamant polycristallin (PCD) sur les matériaux céramique ou carbure, en terme de durée de vie et de vitesse de coupe.
4. Technologies d'assemblage
Friction Stir Welding (FSW)
La technologie de soudage par friction connaît un succès grandissant et trouve aujourd'hui de nombreuses application en construction navale ou ferroviaire ainsi que dans l'automobile. Plus d'une centaine de publications ont été recensées sur ce sujet au cours des deux dernières années. Les articles sélectionnés ici traitent, pour certains du principe de ce procédé et de ses conditions d'application (4.1) (4.2), pour d'autres de ses applications actuelles ou futures (4.3) à (4.14). Une sélection de brevets décrivant des perfectionnements au procédé dans le but de réaliser un meilleur contrôle du procédé ou d'améliorer la qualité des joints est également proposée (4.15) à (4.19). A signaler, enfin , un brevet relatif au soudage de billettes ou de demi-produits en général (4.20).
Soudage laser
Dans un article publié en 2001, il est fait mention d'une application du soudage laser dans l'aéronautique, pour la réalisation de panneaux de voilure en alliage 2024, normalement assemblés par rivetage (4.21). Les joints soudés satisfont toutes les exigences requises par l'IIW en matière de santé interne et leurs propriétés mécaniques sont semblables à celles de joints soudés à l'arc. Le soudage permet des gains de productivité et un allègement potentiel de 10% par comparaison au rivetage traditionnel. Le soudage laser commence également à se développer dans la construction automobile, comme en témoignent plusieurs articles récents (4.22) (4.23) (4.24) .L'un d'entre eux mentionne notamment l'emploi de cette technique pour la découpe et l'assemblage de panneaux sandwich avec une âme en mousse d'aluminium sous forme de flans raboutés (4.25) ; le gain de poids serait d'environ 25% et la rigidité serait multipliée par sept en comparaison à une structure traditionnelle.
Assemblages mécaniques
A signaler un article publié dans une revue italienne (4.26) sur la technologie d'assemblage mécanique par clinchage où les auteurs décrivent les avantages et les applications de ce procédé et proposent une optimisation des paramètres de mise en uvre sur la base de calculs en simulation numérique.
5. Forgeage et matriçage
L'analyse signalétique ci-dessous se limite aux alliages d'aluminium traditionnels, à l'exclusion des matériaux composites à base aluminium renforcés par des fibres et des poudres d'aluminium. On y traite principalement de la forge classique à chaud ou à tiède, de la frappe à froid et du thixoforgeage.
Forgeage à tiède ou à chaud
Les alliages d'aluminium destinés à la forge ou au matriçage semblent avoir atteint leur pleine maturité ; à de rares exceptions près, ils ne donnent plus lieu à des développements importants en matière de composition ou de traitements thermiques. Des améliorations ont toutefois été apportées
récemment aux propriétés finales des pièces forgées par des innovations en matière de technologie de coulée et de traitements thermomécaniques en forgeage à tiède. Le forgeage à chaud de billettes solidifiées à plus grande vitesse par coulée continue horizontale aurait pour intérêt, à la fois de réduire les coûts de fabrication en simplifiant la gamme et d'améliorer de façon significative les propriétés mécaniques des produits (5.1). Les mêmes auteurs montrent, par ailleurs, qu'un alliage d'aluminium AlMgSi à durcissement structural n'a pas nécessairement besoin d'être réchauffé à haute température et refroidi lentement avant forgeage à froid; un simple forgeage à une température intermédiaire ou forgeage à tiède suivi d'un revenu de courte durée serait suffisant pour obtenir le même niveau de propriétés mécaniques (5.2). Ceci aurait pour avantage de raccourcir le processus de fabrication. Des auteurs italiens proposent un procédé similaire de forgeage à tiède en compression (5.3).
Les applications des pièces forgées en aluminium dans l'industrie automobile ont fait l'objet d'articles récents qui passent en revue les dernières nouveautés en matière de procédés de fabrication, d'automatismes, de presses et de philosophie d'allègement (5.4) (5.5) (5.6) ; l'un d'eux (5.6) est paru dans les annales de la conférence internationale New Developments in Forging Technology Ed K.Siegert IFU /DGU 2001.
Mentionnons enfin un livre intitulé Design for hot forging paru en 2002 (Ed. Marcel Deckker, Inc., 270 Madison Avenue, New York, NY 10016, USA) qui traite du forgeage et du matriçage des matériaux (5.7).
Frappe à froid
Peu de nouveautés également dans ce domaine, si ce n'est la part croissante de pièces forgées à froid en aluminium dans l'industrie automobile pour la fabrication d'axes, de boulons, de vis ou de joints de cardans par extrusion à froid, comme mentionné dans certaines conférences présentées au 10éme International Cold Forging Congress 2000 à Stuttgart-Fellbach, du 13 au 15 septembre 2000 (5.8)(5.9). Certains estiment toutefois que le matériau de choix pour ce genre d'application est l'acier et le restera encore longtemps (5.10).
Thixoforgeage
La mise en forme de pièces pour l'automobile par forgeage de l'aluminium dans l'état semi solide connaît actuellement un développement considérable, comme en témoignent les nombreux articles, publications ou dépôts de brevets recensés dans la littérature au cours de ces deux dernières années.
Sur un plan général tout d'abord, il convient de citer quelques articles de base qui décrivent les principes de base du procédé (5.11), passent en revue les différentes technologies de moulage et de forgeage de matériaux à structure fine et globulaire en phase de solidification (5.12)(5.13),expliquent les différences, du point de la métallurgie et des propriétés mécaniques finales entre le forgeage classique à chaud et le thixoforgeage (5.14), ou montrent à partir d'un exemple concret comment le thixoforgeage a cannibalisé le forgeage à chaud traditionnel (5.15).
L'importance des conditions de réchauffage des billettes par induction ou résistance pour obtenir une structure globulaire, fine et homogène est mise en évidence par de nombreux auteurs qui proposent des systèmes ou des gammes de chauffage optimisés (5.16) à (5.20). Signalons en particulier les articles sur le thixoformage publiés dans les annales de la conférence internationale New Developments in Forming Technologies Ed. K.Siegert IFU/DGU 2001 qui font un tour complet de la question, tant du point de vue des aspects technologiques (5.21) que des applications (5.22) ou de la simulation numérique (5.23).
CONFERENCES/CONGRES
Fevrier 2002
17-21 fev.2002 TMS Annual meeting and exhibition Seattle, Washington USA
Email csc@tms.org
22 fev.2002 High Tech Diecasting Intl.Conference Université de Padoue et METEF Italie
Email http:/fast.mi.it/aim/diecast.htm
Mars 2002
4-7 mars 2002 SAE 2002 Society of Automotive Engineers Detroit Michigan USA
Email www.sae.org
7-8 mars 2002 6eme Conférence allemande et 1ère Conférence européenne L'assemblage dans le cadre d'une construction automobile allégée - Bad Nauheim / Francfort
E-mail www.body-in-white.de
9-11 mars 2002 Materials Congress 2002 Londres GB
Email www.materials.org.uk
7-10 mars 2002 Aluminium 2000 5th Aluminium Industry Fair Istanboul Turquie
Email www.tuyap.com
Avril 2002
15-19 avril 2002 6th Intl. ASM Conference On Trends in Welding Research Pine Mountains Ga. USA
Email http:/www.asm-intl.org
17-18 avril 2002 Extruding Aluminium Organisé par Aluminium Times
Mai 2002
4-7 mai 2002 106th AFS Casting Congress Castexpo 02 Kansas City USA
Tel.001/8478240181
8-11 mai 2002 METEF 2002 Montichiari- Brescia Italie
Email ww.metef.com
9-10 mai 2002 EAA Congress Aluminium Extrusions Technologies, Process and Products looking at the future Montichiari Brescia Italie
(pendant le METEF voir ci-dessus) 2002
19-21 mai 59th Annual World Magnesium Conference Montreal Canada
Email http:/www.intmag.org
27-29 mai 2002 Swiss bonding - Rappersvil Zurich Suisse
28-30 mai 2002 ASSEMBLAGE Euroforum Club Foch 39, avenue Foch 94300 Vincennes
E-mail www.euroforum.fr
Juin 2002
4-6 juin 2002 Metal Spain 2002 International Exhibition on Moulds, Foundry, Diecasting, Furnace and Surface Treatments Zaragoza Espagne
Tel.0034/915765609
4-8 juin 2002 MTA 2002 13th Asian International Showcase of Exhibition on Machine Tools and Metal Working Machinery, Metrology and Moulding Technology Kuala Lumpur Malaisie
Email exhibit@montnet.com
4-8 juin 2002 METAV 2002 Metalworking Industry Exhibition - Dusseldorf Allemagne
Email www.metav.de
9-12 juin 2002 TRANSAL 2002 organisé par le CTIF (France) et le CQRDA (Quebec) Moulage et Forgeage
Email www.ctif.com
Juillet 2002
2-5 juillet 2002 The 8th International Conference on Aluminium Alloys Cambridge GB
9-11 juillet 2002 IBEC 2002 Congrès organisé par la SAE (Automobile)- Paris
Email www.sae.org/calendar/ibe/cfp02.htm
Août 2002
28-31 août 2002 MOULD and DIE ASIA 2002 2nd International mould & Die making and Manufacturing Technology Exhibition for Asia
Email enquiry@bitf.com.hk
Septembre 2002
10-12 sept.2002 Expo Internationale Aluminium Paris 2002 - le Bourget Paris France
Email europemetal@yahoo.com
11-13 sept.2002 MTB International Aluminium Conference Genève Suisse
Tel. 0044/2078275290
18620 sept.2002 ALUMINIUM 2002 World Trade fair and conference for the aluminium industry Essen Allemagne
Email info@aluminium-messe.de
26-27 sept.2002 Magnesium automotive seminar Aalen Allemagne
Email mail@efm-aalen.de
Octobre 2002
22-26oct.2002 Euroblech 2002 International Sheet Metal Working Technology Exhibition Hanovre Allemagne
6-10 oct.2002 TMS Fall meeting San Diego Californie USA
Décembre 2002
4-7 déc.2002 EUROMOLD 2002 World Trade Fair for Mouldmaking and Tooling, Design and Application Development Francfort Allemagne
Email euromold@aoe.com
Au-delà de 2002
2-6 mars 2003 TMS Annual meeting and exhibition San Diego Californie - USA
18-20 mars 2003 Aluminium 2000 5th International Conference on aluminium Rome Italie
Email www.aluminium2000.com
15-18 sept.2003 22nd International Die Casting Congress&Exhibition Indianapolis Indiana USA
Email www.diecasting.org
18-21 mai 2004 ET 2004 Aluminium Extruders Council Orlando Floride USA
Email www.aec.org