Optimisation du refroidissement de trempe d'alliages à base d'alumilium : Recherche numérique et caractérisation expérimentale

Abstract

Le traitement des alliages à base d’aluminium met en jeu des processus mécaniques et structuraux qui ont des conséquences opposées. Ces processus sont liés à la vitesse du refroidissement de trempe par : (i) les gradients thermiques dans la pièce traité (ii) la cinétique de précipitation pendant le refroidissement lui-même. D’un point de vue pratique, un compromis doit être trouvé pour obtenir un taux de contraintes résiduelles faibles et un degré de sursaturation de la solution solide maximal à l’état brut de trempe. A l’aide de deux modules numériques couplés (thermique et mécanique) et d’un ensemble de tests de déformation, un refroidissement optimal a été défini et calculé dans le cas de la géométrie cylindrique et pour les alliages d’aluminium 7010 et 7475. Contrairement aux refroidissement de trempe par immersion, ce refroidissement optimal est de type accéléré (la vitesse instantanée de refroidissement augmente quant la température diminue). Les hypothèses utilisées dans les modélisations sont analysées ainsi que l’influence des paramètres thermophysiques et mécaniques de l’alliage, sur la loi de refroidissement optimal calculée. Des refroidissements de type optimal sont réalisés sur l’installation de pulvérisation pilotée par ordinateur en temps réel. On examine les conséquences mécaniques et structurales de ces traitements particuliers à l’aide de mesures des contraintes résiduelles, du pouvoir thermoélectrique (caractérisation de la solution solide à l’état brut de trempe) et d’essais de dureté (caractérisation du durcissement pendant le revenu à 120°C). Les principaux résultats obtenus, montrent que le refroidissement accéléré conduit à un taux de contraintes résiduelles très faibles (ce taux de contraintes est réduit d’un facteur 6 par rapport à celui donné par le refroidissement de trempe dans l’eau froide). D’un point de vue structural la sursaturation de la solution solide à l’état brut de trempe après un tel refroidissement et dans les mêmes conditions géométriques est équivalente à celle obtenue dans le cas de la trempe par immersion dans l’eau à 20°C. Il en est de même du durcissement maximum de durcissement atteint par revenu après de tels refroidissements.