Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
La mise en forme des alliages à partir d’un état déjà partiellement solidifié est bien préférable à la mise en forme à l’état liquide, car elle évite les inconvénients de la montée en température. En quelques années, elle a atteint la phase de production industrielle, grâce entre autres à la mise au point de procédés fondés sur une solidification contrôlée de l’alliage. Toutes les techniques de formage qui ont été expérimentées dérivent de celles utilisées pour l’état complètement liquide ou complètement solide. Les caractéristiques de ces procédés sont essentiellement une forte compacité et une haute précision tridimensionnelle des pièces, des propriétés mécaniques excellentes et des états de surface comparables à ceux de la fonderie.
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The forming of alloys from an already partially solidified state is highly preferable to that of forming in the liquid state, as it avoids the disadvantages of a rise in temperature. Over the last few years, it has reached the stage of industrial production due to, amongst other factors, the development of methods based on the controlled solidification of the alloy. Every forming technique that has been experimented is derived from the techniques which are used at the fully liquid or fully solid state. Essentially, the characteristics of these processes are high compactness and a high three-dimensional precision of parts, excellent mechanical properties and a surface finish comparable to that of foundry.
Auteur(s)
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Michel SUERY : Docteur ès Sciences - Directeur de recherche au Centre National de la Recherche Scientifique
INTRODUCTION
La mise en forme des alliages à partir de l'état liquide peut être réalisée selon différents procédés ayant tous en commun le fait que l'alliage doit être coulé liquide à une température suffisante pour permettre le remplissage correct du moule. Il en résulte alors souvent des problèmes aigus de ségrégation, d'apparition de porosités et de fissures et de formation de retassures. La mise en forme à une température plus basse, à partir d'un état déjà partiellement solidifié, semble, a priori, très intéressante ; elle se heurte cependant au caractère dendritique de la solidification qui fait que l'alliage ne peut être coulé avec succès dans un moule dès que la fraction volumique solidifiée dépasse 20 à 30 % environ. Cet état ne peut davantage subir de déformations importantes sans apparition de fissures et ségrégation de la phase liquide. Des travaux menés au MIT (Massachusetts Institute of Technology) dans les années 1970 ont montré qu'un brassage mécanique intense du liquide en cours de solidification peut empêcher la formation de cette structure dendritique et conduire ainsi à une gelée semi-solide à viscosité relativement faible, susceptible d'être mise en forme dans cet état. Les premiers travaux furent rapidement mis à profit pour appliquer la technique à des alliages ferreux dans le cadre de programmes supportés par le gouvernement américain. La faisabilité de la mise en forme semi-solide fut ainsi démontrée, non seulement par moulage par injection de la gelée produite par brassage, mais aussi par moulage de billettes semi-solides obtenues par refusion partielle de barres ou de lingots préalablement solidifiés à partir de la gelée.
Depuis, des progrès importants ont été réalisés. Dans un premier temps, l'utilisation d'un brassage électromagnétique a été généralisée pour l'obtention de la gelée. Puis, de nouveaux procédés, fondés sur une solidification contrôlée de l'alliage, ont été proposés afin de générer la structure globulaire de façon plus économique. En parallèle, d'autres procédés de mise en forme à l'état semi-solide (forgeage, laminage, extrusion) ont pu être développés.
Le rhéoformage désigne l'ensemble des procédés de mise en forme appliqués aux alliages dans l'état semi-solide obtenu au cours de la solidification.
Le thixoformage désigne l'ensemble des procédés de mise en forme appliqués aux alliages dans l'état semi-solide obtenu au cours d'une refusion partielle.
Les pourcentages entrant dans la composition des alliages sont, sauf précision contraire, des pourcentages massiques.
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État semi-solide
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4. Pièces concernées. Perspectives et conclusion
La mise en forme semi-solide est entrée depuis quelques années maintenant dans une phase de production industrielle.
Elle concerne essentiellement les alliages d'aluminium de type AS 7 et les alliages de magnésium mis en forme par le procédé Thixomolding.
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Cette production industrielle, dans le cas des alliages d’aluminium, est justifiée par les caractéristiques principales du procédé :
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haute compacité des pièces ;
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caractéristiques mécaniques excellentes ;
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précision dimensionnelle des pièces et possibilité de réaliser des sections minces ;
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états de surface comparables à ceux de la fonderie sous pression ;
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cadences de production élevées.
Leur cumul fait que le secteur automobile est le plus concerné. On citera toutefois, pour mémoire, la fabrication de connecteurs électriques pour des applications en aéronautique militaire aux États-Unis.
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-
Les principales pièces actuellement obtenues dans le secteur automobile sont :
-
les pièces d'étanchéité actuellement non produites par moulage par injection :
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rampes d'injection (figure 23),
-
maîtres cylindres de frein,
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corps de système de freinage ABS,
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capots d'étanchéité ;
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certaines pièces actuellement réalisées en fonderie sous pression, mais avec des taux de rebut anormalement élevés ;
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des pièces réalisées habituellement en un autre alliage et remplacées par un alliage d'aluminium pour des raisons de poids (support d'arbre de culbuteur, support de poulie-tendeur de courroie de distribution, jantes de roues (figure 24, )) ;
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des pièces...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RICE (C.S.), MENDEZ (P.F.) - Slurry-based semi-solid die casting - Advanced Materials and Processes, Vol. 159, p. 49-52 (2001).
-
(2) - FANG (X.), PATEL (J.), FAN (Z.) - Microstructure and mechanical properties of rheodiecast (RDC) aluminium alloys - 67th world Foundry Conference, Harrogate (5-7 June 2006).
-
(3) - KAUFMANN (H.), WABUSSEG (H.), UGGOWITZER (P.J.) - Metallurgical and processing aspects of the NRC semi-solid casting technology - Aluminium, 76, p. 69-75 (2000).
-
(4) - YURKO (J.A.), MARTINEZ (R.A.), FLEMINGS (M.C.) - SSR : the spheroidal growth route to semi-solid forming - Proc. 8th International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Limassol, Cyprus (Sept. 2004).
-
(5) - LANGLAIS (J.), LEMIEUX (A.) - The SEED technology for semi-solid processing of aluminium alloys : a metallurgical and process overview - Solid State Phenomena, vol. 116-117, p. 472-477 (2006).
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