Caractérisation des variabilités Matériaux/ Process pour une convergence produit de fonderie par approche prédictive

Characterization of variability Materials / Process for foundry product convergence by predictive approach

• Auteur / Autrice : Imane Outmani
• Direction : Mohamed El Mansori, Laurence Fouilland-Paillé, Jérôme Isselin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique - procédés de fabrication
• Date : Soutenance le 16/03/2017
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mechanics surfaces and materials processing - Labratoire Mécanique- Surfaces- Matériaux et Procédés / MSMP
• Jury : Président / Présidente : Laurent Dubar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed El Mansori, Laurence Fouilland-Paillé, Jérôme Isselin, Nicolas De Rivière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Caroline Richard, Hamid Zaïdi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages

Coulée sous pression

Mots clés libres

Fonderie sous pression

Alliages Al-Si

Plans d'expériences

Anova

High pressure die casting

Al-Si alloys

Plans of experiments

Anova

Résumé

Les alliages Al-Si sont largement utilisés dans l’industrie automobile en fonderie sous pression, en particulier pour la fabrication des blocs moteurs, en raison de leurs bon rapport résistance/ poids et leurs excellentes propriétés mécaniques. Du fait de l’internationalisation de la production, la composition chimique de ces alliages et les paramètres du procédé HPDC peuvent varier d’un pays à l’autre, ils peuvent même varier d’un site de fabrication à l’autre dans le même pays. Or, les conceptions des pièces automobiles sont aujourd’hui de type déterministe et elles sont réalisées sur la base des matériaux et procédés européens, ce qui peut affecter les propriétés de ces pièces dans le cas d’une localisation hors Europe. Ainsi, il est important de pouvoir adapter les conceptions rapidement et à moindre coût en prenant en compte les contraintes matériau/ process locales. Dans cette thèse, nous avons proposé une approche méthodologique permettant de prédire les caractéristiques mécaniques en fonction de la variabilité matériaux/ process en s'appuyant sur une étude expérimentale/ statistique de l’effet de la variabilité des principaux éléments d’alliage (Si, Cu, Mg) et des paramètres procédé (température de la coulée et pression d’injection) sur les propriétés mécaniques des alliages d’Al-Si moulés sous pression. La microstructure et le taux de porosités ont également été évalués. Cette méthodologie a abouti à la construction d’un outil de conception produit permettant de prédire les caractéristiques mécaniques dans le cas du changement de l’un (ou des) paramètres Matériau/ Process.

Secondary Al-Si alloys are widely used in automotive industry for engine blocks because they offer a considerable weight reduction whilst maintaining good mechanical properties. The ever-expanding internationalisation of production, with same stages of production processes spread across a number of countries to produce locally, causes however high variability in the casting products. The chemical composition of the same alloys and the working variables of the unchanged high-pressure die casting process (HPDC) may change for the same casting parts from one country to another, they can even sometimes vary from one manufacturing site to another within the same country. Designing for aluminium automotive components does call today for new deterministic design methods that are often achieved from European material and casting process databases, which can affect the properties of these parts in the case of a location outside Europe. Thus, it is important to adapt the design of die casting parts quickly and inexpensively by taking into account the material and process local constraints. In this work, a methodological approach which permits to predict mechanical properties as a function of material and process variability based on an experimental/ statistical study on the effect of the variability of the primary factors of alloying elements contents (Si, Cu and Mg) and HPDC process parameters (casting temperature and injection pressure) on mechanical properties of die cast aluminium alloys has been proposed. The microstructural features and the porosity level were also investigated and assessed. This approach has resulted in statistical design tool that will allow designers to make changes to the design of their casting and to industrialize them outside Europe.