Meilleure prévention de la soudure sous pression pour l’aluminium HPDC

Prix ​​EUROGUSS Talent Meilleure prévention de la soudure sous pression pour l’aluminium HPDC

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Auteur/
Éditeur:
Marius Kohlhepp
/ Nicole Kareta

La prévention de la soudure sous pression joue un rôle important dans la coulée sous pression en aluminium à haute pression. Il évite les dommages aux pièces coulées et augmente considérablement la durée de vie des moules de coulée.

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Le soudage sous pression est l'une des raisons les plus courantes de mauvaise qualité de coulée et d'endommagement du moule de coulée.
Le soudage sous pression est l’une des raisons les plus courantes de mauvaise qualité de coulée et d’endommagement du moule de coulée.

(Source: Marius Kohlhepp)

Lauréat du prix EUROGUSS Talent

Avec sa thèse finale sur le sujet du brasage sous pression pour le moulage sous pression d’aluminium à haute pression, Marius Kohlhepp a figuré parmi les lauréats de l’EUROGUSS Talent Award. Les lauréats ont été choisis le 14 janvier lors de l’EUROGUSS 2020. Le concours a pour objectif de récompenser des thèses exceptionnelles et les juniors de demain.

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Le soudage sous pression est une partie cruciale du moulage sous pression en aluminium à haute pression. Il décrit un défaut de coulée, survenant lorsque le composant en aluminium adhère à la surface en acier de la filière, gênant ainsi le démoulage. C’est l’une des raisons les plus courantes de mauvaise qualité de coulée et d’endommagement du moule de coulée, ce qui réduit considérablement sa durée de vie. Une méthode de prévention largement utilisée consiste à ajouter du manganèse à l’alliage. Cependant, le manganèse contribue également à la formation de phases intermétalliques avec l’aluminium, le silicium et le fer. Ces phases sont très cassantes, c’est pourquoi l’augmentation de sa teneur dans le matériau conduit à une réduction significative de la ductilité. Pour les pièces de fonderie structurelle, comme celles utilisées dans l’industrie automobile, une ductilité suffisamment élevée est nécessaire pour garantir la transformabilité. Surtout lorsque vous utilisez des alliages à haute résistance pour obtenir des résistances à parois minces et des poids de composants réduits, ce problème devient un problème. Par conséquent, une alternative au manganèse pour empêcher le brasage sous pression pourrait améliorer la ductilité des alliages d’aluminium et par là augmenter le potentiel de légèreté.

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Le mécanisme derrière la formation de la soudure sous pression

Lorsque l’aluminium en fusion entre en contact avec la matrice en acier, une forte interdiffusion a lieu, enracinée dans la forte affinité de l’aluminium et du fer. Cela conduit à la formation de différentes couches intermétalliques à l’interface. Responsable du joint entre le composant aluminium et la filière acier, dans le cas de Alliages Al-Si, est la forme irrégulière de la phase β-Al5FeSi. Cette phase monocline se développe sous la forme d’aiguilles de la surface de la filière dans l’alliage d’aluminium, créant une vaste interface, reliant par conséquent les deux composants. Cependant, lors de l’ajout de manganèse à l’alliage, la forme de l’interface change. Le manganèse empêche la formation de la phase β en occupant les sites de treillis de fer, favorisant la création de la phase α-Al15 (Fe, Mn) 3Si2. Contrairement à la phase β, la phase α ne se développe pas sous la forme d’aiguilles, mais développe un script chinois comme la morphologie. Il en résulte une interface lisse entre l’alliage d’aluminium et l’acier de matrice, ce qui facilite le démoulage.

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L'étude montre que les objectifs de développement, tels que la résistance pour une conception légère, une bonne coulabilité ou la réduction des coûts de production, ont été améliorés.

Éléments alternatifs pour le manganèse

Sur la base du mécanisme d’effet du manganèse, d’autres éléments chimiques notés dans la littérature ont été trouvés, présentant un comportement similaire. Des expériences d’immersion ont montré que le molybdène, le cobalt et le chrome créent le même type d’interface intermétallique et devraient donc empêcher le brasage. Le chrome en particulier montre des résultats prometteurs. Alors que le molybdène et le cobalt, par rapport au manganèse, atteignent le même niveau d’effet de près de la moitié de l’addition, pour le chrome, encore moins était suffisant. En outre, il crée non seulement une interface lisse entre l’alliage d’aluminium et l’acier, mais diminue également la taille des couches intermétalliques. Avec ce comportement unique, le chrome est une alternative favorable au manganèse pour éviter le brasage et améliorer la ductilité de la même manière. Les premières validations sur divers composants structurels d’une carrosserie automobile de l’AUDI AG ont confirmé les résultats.

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