PRocédés INdustriels de Coulée Innovants Pour l'Industrie Aéronautique – PRINCIPIA

Le projet PRINCIPIA vise à apporter une contribution majeure à la définition de procédés innovants d’élaboration et de coulée de plaques destinées à la production de demi-produits corroyés épais (principalement laminés) en alliages d’aluminium à hautes performances (familles 7XXX et 2XXX, notamment nouveaux alliages AlCuLi) pour structures d’avions civils des futures générations
- par la compréhension des facteurs influençant la minimisation des porosités et inclusions dans les produits de coulée semi-continue pour le laminage et la forge
- par la modélisation multi-physique et multi-échelle des procédés de fusion et solidification concernés et son intégration en un logiciel métier industriel
- par expérimentation exploratoire en laboratoire et sur pilote industriels des pistes d’amélioration et d’innovation issues de ces études.

La production de solutions aluminium à haute qualité de fabrication (propreté inclusionnaire, faibles teneurs en porosités, homogénéité de structure métallurgique) et performances accrues (allègement, durabilité) pour les pièces épaisses est un objectif majeur pour Alcan Engineered Products et ses clients avionneurs.

Dans le cas des laminés très épais, les porosités éventuellement présentes après solidification peuvent ne pas être rebouchées entièrement. Pour les nouveaux alliages de la famille AlCuLi à propriétés spécifiques améliorées (par ex . 2050), les défis techniques associés à la coulée de plaques destinées au laminage de tôles épaisses sont sévères : la forte sensibilité à l’oxydation entraîne un risque inclusionnaire accru et la tendance au gazage en hydrogène du métal liquide, conduisant à la formation de porosités après solidification, est augmentée de près d’un ordre de grandeur par rapport aux alliages exempts de Li.

Le projet associe 2 industriels et 5 équipes de recherche publique, selon 4 tâches techniques (en plus du management et d’évaluation industrielle du projet):
- amélioration de la propreté inclusionnaire :
o modélisation hydrodynamique et étude de la capture des inclusions pour une conduite optimale du four de fusion

- minimisation des porosités :
o compréhension du rôle des matériaux réfractaires dans les échanges hydriques avec l’aluminium liquide et définition de nouvelles solutions réfractaires multi-fonctionnelles
o compréhension du lien entre la structure de coulée verticale (macroségrégation et morphologie des grains) et la taille des porosités, et de l’influence des paramètres de procédé sur cette structure par modélisation multi-échelle et multi-physique et essais.
o exploration de voies innovantes de réduction de la teneur en hydrogène du métal liquide.

Ce projet a un impact économique important par le renforcement de la position concurrentielle mondiale d’Alcan Engineered Products (Groupe d’affaires Global Aéronautique, Transport et Industrie, leader européen et N° 2 mondial de la production de demi-produits aluminium pour l’aéronautique) et sur l’activité à long terme à l’usine d’Issoire, avec l’appui d’Alcan CRV. Il assurera un relais aux développements industriels en cours au service de l’industrie aéronautique, avec la perspective d’une nouvelle génération de procédé.

Le projet apportera à Saint Gobain CREE, au-delà de la réponse aux besoins industriels en matériaux réfractaires pour ces applications, une connaissance additionnelle dans le domaine de la fonctionnalisation des réfractaires de spécialité, facteur de différenciation sur le marché de la métallurgie.