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Auteur(s)
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Marc GRUMBACH : Ingénieur civil des Mines
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Ce cas particulier de vieillissement après écrouissage concerne essentiellement les tôles minces laminées à froid et recuites, puis déformées par emboutissage, et peintes avec cuisson de la peinture entre 100 et 200 oC.
Ce vieillissement après peinture (bake hardening en anglais et en abrégé BH) permet de combiner une mise en forme facile d’un acier à basse limite d’élasticité très ductile avec un durcissement notable de la pièce qui devient ainsi suffisamment résistante aux chocs.
Le développement de l’emploi des aciers à très bas carbone comme les aciers sans interstitiels (IF) ou les aciers à ultra bas carbone (ULC) qui sont très mous a rendu très utile ce mécanisme pour satisfaire les conditions de résistance à l’indentation dans l’industrie automobile.
De plus il s’agit d’un durcissement quasi « gratuit » puisqu’il n’utilise que quelques ppm (parties par million) de carbone mais cet aspect doit être relativisé en raison des contraintes de fabrication dues à la précision nécessaire sur la teneur en carbone adéquate et les conditions spéciales de recuit qui entraînent des surcoûts.
Ce mécanisme peut s’appliquer également à certaines fabrications de boîtes en acier pour emballage.
Ce phénomène présente des aspects mécaniques et des aspects métallurgiques.
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Aspects mécaniques
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1. Mesure
On distingue deux paramètres principaux à mesurer : l’intensité du durcissement et la teneur en carbone libre responsable du phénomène.
1.1 Mesure du durcissement
La particularité de la mesure du bake-hardening en tant que durcissement par vieillissement vient de la valeur de la contrainte de référence qui peut être la limite d’élasticité de la tôle livrée c’est-à-dire déformée uniquement par skin-pass (passe d’écrouissage par laminage), durcissement parfois appelée BH0 , ou déformée par traction pour simuler l’emboutissage. Le gain de limite d’élasticité (ΔR e ) est la somme de l’augmentation due à l’écrouis- sage (work hardening, WH) et du vieillissement proprement dit (bake hardening , BH) (figure 1). La température et la durée de ce traitement sont fixées par référence à une cuisson classique de peinture : 170 oC, 20 min.
Le taux de déformation (ou d’écrouissage) est pris en compte de la manière suivante :
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taux d’allongement (A %) au skin-pass voisin de 1 % (de 0,5 % à 1,5 %) mais ce taux est rarement précisé (BH0) ;
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vieillissement après un allongement par traction de 2 % en plus (BH2 ).
C’est le critère le plus utilisé car il correspond à beaucoup de cahiers des charges et de ce fait en absence d’indication précise sur le vieillissement BH c’est BH2 qui est sous-entendu. La déformation totale est alors voisine de 3 % en tenant compte du skin-pass. Cette mesure de BH2 par différence de deux contraintes et avec une inconnue sur le taux exact de déformation (après BH) est souvent imprécise et sa dispersion est mal connue.
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La différence entre le bake-hardening et un vieillissement après écrouissage classique (dont un indice courant est : allongement de 10 % en traction suivi d’un recuit à 100 oC pendant 1/2 h) vient donc essentiellement du choix d’un taux d’écrouissage faible et d’une température de vieillissement supérieure à 100 oC (170 oC pendant 20 min).
L’intérêt pratique du BH pour l’industrie automobile...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SOLER (M.) - Étude du vieillissement d’un acier à bake-hardening. - Thèse INSA (1998).
-
(2) - OKAMOTO (A.), TAKEUCHI (K.), TAKAGI (M.) - A mechanism of paint bake-hardening. - The Sumitomo search no 39, p. 183-194, (sept. 1989).
-
(3) - MERLIN (J.), LAVAIRE (N.), ROCHER (M.), BOUZEKRI (M.) - Dosage de l’azote restant en solution dans un acier calmé Al par mesure du pouvoir thermoélectrique et du frottement interne. - Revue de métallurgie CIT ; p. 1413 à 1425, (nov. 1999).
-
(4) - Development of bake-hardening HS cold rolled sheet steels for automotive exposed panels. - Kawasaki steel technical report no 27, (nov. 1992).
-
(5) - BUSCH-MILOSEVIC (M.L.), BIAUSSER (H.), FOURATIER (A.), FOURNEL (B.), GRUMBACH (M.) - Évolution récente du skin-pass des tôles minces. - Revue de Métallurgie, p. 939 à 953, (juil.-août 1998).
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