Dans cette thématique, les travaux visent en particulier de fiabiliser les fabrications, malgré les variations sensibles sur les qualités des matières premières et d’atteindre des performances nouvelles à partir de compositions nouvelles.

DEVELOPPEMENT D’ACIERS MICRO-ALLIES

La demande croissante d’aciers moulés à hautes performances et l’augmentation chronique du coût des matières premières conduisent à s’intéresser au mode d’action des différents éléments d’alliage introduits dans les aciers en teneurs plus ou moins élevées.
Il s’agit en fait essentiellement de remplacer ou de substituer partiellement les éléments d’alliages habituels (Cr, Ni, Mn) par d’autres éléments plus efficaces qui seraient ajoutés en plus faible quantité et agiraient plus fortement sur la microstructure et sur la trempabilité, tout en maintenant le carbone-équivalent à un niveau suffisamment bas pour améliorer la soudabilité.

Objectifs

Les objectifs du projet se résument en six points majeurs :

• augmenter les performances mécaniques à température ambiante et à froid par la maîtrise de la microstructure du matériau,
• optimiser la composition chimique et les conditions de traitement thermique,
• réduire les coûts de production par :
  • la diminution de l’épaisseur des pièces (à caractéristiques mécaniques équivalentes)
  • la maîtrise des teneurs en éléments d’alliage
  • l’abaissement de la valeur du carbone équivalent
• améliorer la compétitivité de la fonderie d’acier,
• concurrencer les aciers corroyés notamment sur le marché du BTP et de l’off-shore et d’une manière générale les aciers pour les applications à basse température,
• améliorer la connaissance des mécanismes qui régissent la transformation des phases et la formation de précipités associés à l’introduction de micro-éléments d’alliage, pour promouvoir les produits en acier moulé.

Travaux réalisés

Deux nuances d’aciers micro alliés ont été retenues pour ce projet, au terme de la recherche bibliographique, ces nuances étant comparées à la nuance normalisée de référence G10 MnMoV6.

Points majeurs

Les travaux vont continuer de porter en 2012 sur ces deux nuances. D’ores et déjà, ils ont montré que l’obtention de caractéristiques conformes à la norme, surtout en résilience à basse température, demande un traitement thermique spécial, dit « intercritique ».

OPTIMISATION DE L’ELABORATION AU FOUR A INDUCTION DES ACIERS MOULES

Une étude relative à la métallurgie des aciers moulés au four à induction a été initiée en 2011, avec pour objectif, la maîtrise de leurs performances, et la fiabilisation des gammes opératoires, dans un contexte de dégradation constatée et probablement durable, de la qualité des ferrailles. Cette étude est motivée par la concurrence des pays à bas coûts et à la nécessité d’améliorer la qualité des produits ayant montré des défaillances en service résultant notamment de caractéristiques physico-chimiques insuffisantes.
Il s’agit donc dans ce projet de faire de la métallurgie au four à induction, et d’arriver à des qualités maîtrisées en aval, tout en utilisant des matières premières de qualités variables en amont.

Objectifs

Le projet doit apporter une réponse aux besoins exprimés par la Profession dans le domaine de l’élaboration du métal liquide :

• améliorer la qualité métallurgique de l’acier en termes de maîtrise des teneurs en éléments résiduels néfastes et de teneurs en gaz dissous, de manière à optimiser la microstructure, la propreté micrographique et les caractéristiques mécaniques, notamment à basse température,
• fiabiliser les processus de fusion et d’élaboration de l’acier et redéfinir les gammes opératoires pour le métal issu de la filière électrique par induction, sans la mise en œuvre d’équipement spécifique coûteux de métallurgie secondaire,
• optimiser les modalités de traitements thermiques en lien avec la composition chimique de l’acier.

L’enjeu est de diminuer les non conformités, voire les rebuts qui ont été constatés notamment sur des fournitures d’aciers destinées, par exemple, aux marchés du pétrole, de la marine, du T.P ou encore du ferroviaire.
Il s’agit également d’augmenter la valeur d’usage des produits moulés par une meilleure gestion de leurs caractéristiques physico-chimiques ainsi que l’image de marque de la fonderie française face à une concurrence étrangère parfois déloyale.

Travaux réalisés

Une enquête auprès de fondeurs d’aciers a montré que les secteurs TP, pétrole, transport terrestre ou ferroviaire sont intéressés par des aciers au carbone ou des aciers faiblement alliés présentant des caractéristiques mécaniques stables et en particulier des niveaux de ductilité élevés jusqu’à -40°C et ce, pour des épaisseurs allant jusqu’à 56 mm, voire au-delà.
Un autre souci des fondeurs, soulevé lors de l’enquête, concerne l’utilisation des ferrailles zinguées issues de la filière automobile et de pollution apportée par cet élément lorsque sa teneur devient excessive dans les pièces.

Points majeurs

Le programme des travaux prévus va consister à déterminer l’influence du mode d’élaboration, des teneurs en éléments résiduels et des conditions de traitement thermique sur les caractéristiques mécaniques (traction, résilience), de manière à approcher une composition chimique optimale qui permette de satisfaire les normes applicables ainsi que les spécifications des clients.

ALLIAGES D’ALUMINIUM POUR HAUTES TEMPERATURES EN FONDERIE SOUS PRESSION

Les pièces en aluminium coulées sous pression sont très présentes sous le capot moteur. Sous la contrainte des réglementations Euro 1 à 6, la cylindrée des moteurs à explosion tend à diminuer à puissance équivalente ou supérieure. Cela se traduit par des augmentations conséquentes des températures sous le capot. En particulier, les températures vues par les vannes EGR (Exhaust Gas Recirculation) pourraient atteindre 625°C en pointe !
Si dans de nombreux cas l’alliage classique Al Si9Cu3Fe permet d’assurer la bonne tenue des pièces, il est des cas où cet alliage présente (ou présentera) des propriétés à chaud insuffisantes.

Objectif

L’objectif du projet est de proposer une solution pour tenue à chaud avec un coût économiquement viable. Dans la mesure du possible, on proposera une solution à partir d’un alliage AlSi9Cu3(Fe) conventionnel dont l’évolution peut être réalisée en fonderie par ajout d’alliages-mères. Bien que le coût d’éléments tels que V, Zr et Co soit élevé, leur ajout peut s’avérer rentable pour des pièces à hautes valeurs ajoutées, du type vanne EGR.

Travaux réalisés

Un recueil des besoins a été effectué auprès des donneurs d’ordres. Il a permis de déterminer en fonction du type de pièce :

• La température moyenne de fonctionnement
• La température de pointe
• Le type de sollicitation (donc de caractérisation)
• Le surcoût acceptable.

Un plan d’expérience a été conçu. Il a été basé, entre autres, sur l’étude de 5 niveaux de cuivre (entre 0 et 5 %).

Points majeurs

Le dopage au zirconium ne correspond pas, pour des questions de coût, aux attentes des clients de pièces sous pression automobiles. La solution « riche » a donc été écartée.