Quantification de l'usure adhésive en mise en forme à froid d'un alliage Al-Mg-Si
Résumé
Le forgeage à froid est un procédé de mise en forme permettant de réaliser des pièces aux formes proches de celles du produit fini avec une cadence de production élevée. La mise en forme du matériau est réalisée à température ambiante. Les pièces produites présentent des états de surface de bonne qualité et des tolérances géométriques précises. Cette qualité de production permet de réduire les coûts en économisant de la matière première et en limitant les étapes de parachèvement du produit. Les propriétés mécaniques des composants ainsi produits sont élevées grâce à l'écrouissage du matériau. Au cours des dernières années, l'utilisation de composants en alliage d'aluminium formé à froid a augmenté dans de nombreuses applications industrielles et particulièrement dans les applications automobiles et aéronautiques en vue d'alléger les structures. Ces derniers sont réputés pour leur compromis efficace entre leurs caractéristiques mécaniques, leur densité et leur résistance à la corrosion. Cependant, la mise en forme de ces alliages peut être limitée par les phénomènes d'usure adhésive. Le matériau adhère à la surface de l'outil puis il est endurci par oxydation, écrouissage ou raffinement de grain durant les différents cycles de mise en forme. La géométrie de l'outil et son état de surface sont alors altérés faisant apparaître des défauts sur les pièces produites. Ces phénomènes d'adhésion peuvent conduire au grippage du système compromettant ainsi la viabilité du procédé de mise en forme. Les travaux présentés dans cette communication sont issus d'une campagne expérimentale conduite dans le but d'analyser les mécanismes de collage au cours de la mise en forme à froid d'un alliage d'aluminium 6082. Cette recherche repose sur l'essai de compression-translation développé au LAMIH. Ce test permet de reproduire les conditions de contact locales au niveau de l'interface outil/pièce telles que la pression de contact, la vitesse de glissement ou la température interfaciale. Ces essais ont été menés sur des éprouvettes lubrifiées sur la gamme de vitesses de glissement comprise entre 20 et 200 mm.s-1 et à différents taux de déformation plastique. Les coefficients de frottement sont déterminés et les surfaces des outils sont analysées par le biais d'une approche originale combinant les analyses de composition par spectrométrie en énergie et la profilométrie optique. Des acquisitions de la topographie des outils sont obtenues à l'aide de l'outil MesRug 3D et d'un interféromètre en lumière blanche (Zygo NewViewTM 7300, Zygo Corp., USA). Dans un premier temps, des analyses EDS sont réalisées afin de déterminer la forme exacte de la zone altérée en discernant l'aluminium adhéré de l'acier à outil. Ensuite, une méthode spécifique de traitement des acquisitions topographiques est appliquée afin d'évaluer le volume de matière adhérée sur la surface des outils de chaque configuration d'essai. Cette méthode repose sur l'utilisation de la courbe de portance de la surface et d'un module de détection des ilôts. Finalement, le collage est observé sur chaque condition d'essai et deux régimes se distinguent en fonction de la vitesse de glissement. De plus, une forte corrélation entre les volumes de matière adhérée et le coefficient de frottement est mise en évidence. Ces conclusions montrent l'importance de la prise en compte d'un paramètre de frottement dans les modèles d'usure adhésive comme ceux fondés sur l'approche énergétique utilisant le travail des forces de frottement.
Domaines
Mécanique [physics]
Origine : Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte