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Influence des défauts de fonderie sur la fatigue des alliages aéronautiques

20/11/2013

Projet X1C2085
Les défauts de fonderie sont inhérents aux procédés de fabrication, et la compréhension et la prédiction du comportement des systèmes complexes que sont les « structures avec défaut » deviennent nécessaires à la pérennité de l’utilisation des pièces de fonderie dans le secteur aéronautique.

CTIF est partenaire du projet IDEFFAAR qui vise l’anticipation de l’influence (combinée ou non) sur les propriétés mécaniques monotones et cycliques des pièces issues de fonderie, des défauts issus du procédé de fabrication, des opérations de traitement destinées à réparer ces défauts potentiels (CIC et soudage TIG), et des conditions spécifiques d’utilisation (fatigue, température…).

Le projet co-financé par l’ANR associe CTIF à l’ENSMA, l’INSA de Lyon, Fonderie Messier, HISPANO-SUIZA et AIRBUS. Il s’adresse aux industriels de l’aéronautique, et aux industriels producteurs de pièces de fonderie en alliages d’aluminium qui doivent faire face à la problématique du dimensionnement et de l’acceptation ou du refus de dérogations sur des pièces présentant des défauts liés au procédé de fabrication. Il s’inscrit dans le contexte général de l’anticipation de l’influence (combinée ou non) sur les propriétés mécaniques monotones et cycliques des pièces issues de fonderie, des facteurs suivants :

  • des défauts issus du procédé de fabrication,
  • des opérations de traitement destinées à réparer ces défauts potentiels, et en particulier la compaction isostatique à chaud et le soudage TIG,
  • des conditions spécifiques d’utilisation, et en particulier la température.

L’enjeu du projet est donc d’associer des compétences de recherche fortement complémentaires (élaboration, CND, caractérisation en fatigue, simulation de durée de vie, simulation des procédés), dans le cadre d’une recherche industrielle visant à établir le lien entre procédé, contrôle non destructif et tenue mécanique dans le cas des alliages d’aluminium moulés.

Objectifs

Dans ce cadre, le projet a pour objectif ultime, le développement d’un modèle prédictif permettant (tant pour le fondeur que pour l’utilisateur) :

  • la prédiction de l’impact des défauts sur le comportement en service des pièces, en fonction de leur mode de sollicitation,
  • l’optimisation de leur dimensionnement, ainsi que la définition de critères affinés d’acceptation desdits défauts.

Travaux réalisés

Deux outillages métalliques ont été conçus et réalisés pour la coulée de barreaux bruts de diamètre 30 mm dans trois catégories : éprouvettes saines, éprouvettes à défaut naturel contrôlé, éprouvettes à défaut artificiel contrôlé.

Les simulations numériques de remplissage et de solidification permettent de prévoir la finesse de la microstructure (DAS) ainsi que la présence de défauts de fonderie (retassures, micro-retassures). Les deux outillages devaient présenter des finesses de microstructure comparables afin de d’obtenir les mêmes propriétés mécaniques sur éprouvettes (hors présence de défauts).

Points majeurs

Une meilleure connaissance de l’impact des défauts permettrait aux constructeurs d’argumenter pour une diminution significative du casting factor.
Une augmentation ne serait-ce que de 10 % sur les caractéristiques en statique et en fatigue utilisées par les calculateurs pour la définition des pièces, limite d’endurance et dispersion, permettrait d’ores et déjà d’économiser de précieux kilogrammes sur les aéronefs.

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