• Langue : Français
• Discipline : Sciences physiques
• Identifiant : Inconnu
• Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
• Date de soutenance : 01/01/2012

Résumé en langue originale

Le procédé de soudage par friction-malaxage, plus connu sous sa dénomination anglaise de Friction Stir Welding (FSW) est un nouveau procédé de soudage à l’état solide. Ce procédé est particulièrement adapté au soudage d’alliages d’aluminium. L’optimisation des propriétés d’emploi des joints soudés passe par une modélisation intégrée. Ainsi, un modèle thermique du procédé, un modèle d'évolution des précipités dans les alliages d'aluminium 6005A et 6056, un modèle d'évolution de l'écrouissage avec l'état de précipitation, un modèle d’endommagement et un modèle de l’essai de traction en travers d’une soudure sont intégrés dans un seul schéma de simulation. Ceci a notamment impliqué de modéliser l'essai de traction en travers d'une soudure en mettant pour chaque élément fini les propriétés locales de la matière prédite par les modèles de précipitation, de durcissement et d'écrouissage sur base du cycle thermique subi par cet élément fini selon les prédictions du modèle thermique. Ces modèles ont été validés indépendamment par des observations microstructurales et des essais mécaniques réalisés sur les alliages traités thermiquement. Notamment, cette habilitation décrit plus en détail l’obtention d’un modèle d’endommagement fiable pour la prédiction des déformations à rupture dans les alliages d’aluminium de la série 6xxx. Ceci implique le traitement de la nucléation tardive des cavités lors de la mise en charge de l’alliage. Ainsi, il a été possible de passer à l'optimisation du procédé en faisant varier des paramètres tels que la vitesse d'avance, la vitesse de rotation, la vitesse de refroidissement, le préchauffage, la matière de la plaque support, la composition de l'alliage en éléments durcissants (magnésium et silicium) ou en intermétalliques riches en fer, l'effet de l'état de précipitation du matériau de base, ou l'effet d'un traitement thermique post-soudage. Le soudage par friction malaxage conduit à des évolutions de microstructure avec typiquement de la recristallisation dynamique dans la partie centrale de la soudure qui a subi les températures les plus élevées et de très grandes déformations plastiques. Ces très grandes déformations et cette microstructure particulière ont mené à la production de matériaux nouveaux par un procédé dérivé du soudage par friction-malaxage : la production par friction malaxage, en anglais, Friction Stir Processing (FSP). La production de composites à matrice métallique par FSP offre le potentiel de palier aux difficultés de production de ces composites par métallurgie des poudres ou par voie liquide. Ainsi, nous avons élaboré des composites à matrice magnésium renforcés par des fibres courtes de carbone grâce à un procédé innovant adapté à la production industrielle. L'analyse de ces composites s'appuie notamment sur des observations par tomographie 3D aux rayons-X et conclut à la distribution de fibres courtes selon les lignes d’écoulement de la matière propres au FSP. En parallèle, nous avons étudié le renforcement du cuivre par des particules d'oxyde d'yttrium insérées par friction-malaxage. Des particules de diverses tailles allant de l’échelle micrométrique à l’échelle nanométrique ont été observées alors que la poudre initiale présentait une taille micrométrique. Les essais de traction ont révélé que c’est l’excès de dislocations lié à la présence de particules nanométriques, et produit lors du laminage à froid de ce matériau après FSP, qui présente le plus de potentiel pour assurer une haute résistance au matériau.