Evolution microstructurale en soudage par friction malaxage - Application à la prédiction des propriétés mécaniques

Abstract : Le soudage par friction malaxage (FSW) des alliages d’aluminium apparait comme un procédé particulièrement prometteur pour l’assemblage des fuselages en aéronautique. Notamment, la réalisation des liaisons entre la peau (nuance AA2024) et les lisses (nuance AA7075) devrait en bénéficier, en amenant un gain de poids conséquent, comparativement aux procédés de rivetages actuellement utilisés. Néanmoins, ces alliages d’aluminium tirent leurs propriétés mécaniques élevées du durcissement structural, correspondant à la formation de précipités fins et dispersés. Le procédé FSW induit dans les pièces des évolutions thermiques qui affectent les propriétés mécaniques finales du joint soudé. Afin d’améliorer leur prédiction, un modèle de précipitation, multicomposé et multiphasé, est développé, suivant l’approche originellement proposée par Myhr et Grong [1]. Celui-ci est basé sur une approche par classe (particle size distribution - PSD), permettant le suivi des populations des précipités présents. Il intègre les étapes de germination, croissance, dissolution et maturation propre aux phases stable (S-¬Phase) et métastable (GPB zones) [2] étudiées ici dans l’alliage AA2024. Cette modélisation est couplée à des calculs d’équilibres thermodynamiques [3]. Elle a bénéficié d’une calibration soignée, basée sur des essais DSC (Differential Scanning Calorimetry) permettant de déterminer les densités initiales des précipités et d’estimer les valeurs des paramètres guidant leur germination (Fig. a). A l’échelle spatiale du procédé, les évolutions thermiques des domaines composant la soudure sont déduites d’un modèle macroscopique [4]. En conséquence, l’approche proposée simule le processus de précipitation sur l’ensemble du cycle de soudage et décrit l’évolution des densités et tailles de précipités dans les domaines affectés thermiquement (ZAT), thermo-mécaniquement (ZATM) et dans le noyau [5]. Par la suite, un modèle de prédiction des propriétés mécaniques, calibré sur la base d’essais de traitements isothermes, a été appliqué pour estimer précisément la dureté associée aux distributions de précipités. Les comparaisons des résultats simulés et mesurés ont validé cette approche (Fig. b) et les démarches de calibrations proposées. [1]O.R. Myhr, Ø. Grong, Modelling of non-isothermal transformations in alloys containing a particle distribution, Acta Materialia, vol. 48, pp. 1605, 2000. [2]C. Genevois, A. Deschamps, A. Denquin, B. Doisneau-Cottignies, Quantitative investigation of precipitation and mechanical behaviour for AA2024 friction stir welds, Acta Materialia, vol. 53, pp.2447, 2005. [3]TCAL3, TCS Al-based alloys thermodynamic database, Thermo-Calc software AB (Stockholm, Sweden), 2014. [4]S. Gastebois, Simulation numérique 3D du FSW à l’aide d'une formulation ALE, Doctorat Mines Paristech, 2015. [5]V. Legrand, Modélisation des processus de précipitation et prédiction des propriétés mécaniques résultantes dans les alliages d’aluminium à durcissement structural – Application au soudage par Friction Malaxage (FSW) de tôles AA2024, Doctorat MinesParisTech, 2015
Type de document :
Communication dans un congrès
Liste complète des métadonnées

https://hal-mines-paristech.archives-ouvertes.fr/hal-01449505
Contributeur : Gildas Guillemot <>
Soumis le : lundi 30 janvier 2017 - 15:04:43
Dernière modification le : lundi 12 novembre 2018 - 10:59:24

Identifiants

  • HAL Id : hal-01449505, version 1

Citation

Valentine Legrand, Gildas Guillemot, Charles-André Gandin. Evolution microstructurale en soudage par friction malaxage - Application à la prédiction des propriétés mécaniques. 14ème Colloque ‘Modélisation et Simulation Numérique du Soudage’, Comment les Modèles et leurs Caractérisation Expérimentales influencent les résultats d’une simulation numérique, Association Française de Mécanique, Mar 2016, Paris, France. ⟨hal-01449505⟩

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