Etude expérimentale sur le comportement en traction à haute température de l'alliage d'aluminium AA5083 avec charge oscillante

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13307 (2023) Citer cet article

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Le comportement d'écoulement de l'alliage d'aluminium AA5083 à 450 \(^\circ \)C a été étudié dans des conditions de chargement quasi-statique avec et sans charge oscillante superposée. Les échantillons ont été soumis à une charge de traction à des vitesses de déformation constantes allant de 0,001 à 0,3 s\(^{-1}\). Un dispositif a été conçu pour générer l'oscillation sinusoïdale requise et a été fixé à la machine d'essai de traction MTS avec une cellule de charge secondaire hautement sensible. Les fréquences des oscillations imposées allaient de 5 à 100 Hz avec une amplitude allant de 0,02 à 0,5-N. Il a été observé que l’imposition d’oscillations influence le comportement de déformation du matériau. Bien que la limite d'élasticité et la résistance à la traction restent relativement constantes, l'allongement total est de 8 à 23 % plus élevé sous une charge oscillante imposée. De plus, les profils de répartition de l'épaisseur le long de la longueur entre repères des éprouvettes de traction ont été étudiés et il a été observé qu'en présence d'oscillations, la répartition de l'épaisseur est plus uniforme. Il a été conclu que la présence d'une charge oscillante superposée entraînerait de plus grandes capacités de déformation avant rupture et retarderait l'apparition de dommages par rapport au formage conventionnel. Ce phénomène a été étudié plus en détail à l'aide d'un sous-programme de matériau défini par l'utilisateur et développé pour le solveur d'éléments finis LS-DYNA afin de simuler les essais de traction à charge constante menés.

L'aluminium AA5083 est un alliage d'aluminium non traitable thermiquement avec une excellente formabilité à froid et peut atteindre des niveaux modérés de superplasticité1. Cet alliage est abordable et présente une résistance environnementale raisonnable et de bonnes propriétés mécaniques, ce qui le rend idéal pour les applications aérospatiales, marines et automobiles2.

Avec la forte demande et le développement de pièces et de produits dans les industries automobile et aéronautique, le besoin de pièces légères et de processus de formage améliorés a considérablement augmenté. Par conséquent, de nombreuses recherches sont impliquées dans l’amélioration des alliages d’aluminium légers tels que l’AA5083 et ses différents procédés de formage. Un matériau est dit présenter un comportement superplastique lorsqu'il présente une déformation plastique significative (un allongement \(> 200\%\)) à température élevée sans striction avant rupture3. Les propriétés mécaniques (allongement, UTS, températures optimales de formage, dépendance à la vitesse de déformation, etc.) ainsi que les caractéristiques microstructurales des alliages d'aluminium superplastiques ont été étudiées de manière approfondie4,5,6,7,8,9,10. Il existe trois aspects principaux nécessaires à l'obtention de la superplasticité : des températures de formage élevées (environ la moitié du point de fusion du matériau), une granulométrie fine et stable (inférieure à 10 \(\upmu \)m) et une température faible et contrôlée. taux de déformation, généralement compris entre 10\(^{-4}\) et 10\(^{-2}\) s\(^{-1}\). De nombreuses recherches ont été consacrées à l'optimisation de ces aspects, Hosseinipour a effectué des tests pour obtenir des températures et des vitesses de déformation optimales, concluant que 450 \(^\circ \)C et des vitesses de déformation de magnitude 10\(^{-3}\) s\(^{-1}\) a obtenu des résultats optimaux11. Yogesha et al.12 ont signalé des combinaisons similaires d'exigences de température élevée et de faible vitesse de déformation afin de se déformer de manière superplastique.

D'un intérêt particulier, des recherches publiées ont montré l'efficacité et les résultats des feuilles AA5083 à déformation superplastique11,13. Les déformations sévères se produisant lors du formage superplastique sont principalement obtenues par glissement des joints de grains (GBS). De plus, des niveaux élevés de glissement des joints de grains s'accompagnent d'un mécanisme de déformation accommodante supplémentaire, et les modèles GBS traditionnels sont séparés en deux catégories : le GBS 14 accommodé par diffusion et le GBS 14 accommodé par dislocation. Malgré les déformations très importantes qui peuvent être obtenues, le principal inconvénient du L'usage répandu du formage superplastique est le temps important nécessaire pour former une pièce industrielle, allant de deux à dix minutes15. Cela limite le nombre de pièces pouvant être formées, notamment dans l'industrie automobile, ce qui augmente considérablement le coût de la pièce.