Elaboration d'alliages d'aluminium à haute résistance mécanique par association de grains ultrafins et nano-précipités – PRASA

Les alliages d’aluminium ont une place importante dans l’industrie du transport. Dans l’aéronautique ou l’automobile, la demande en alliages à haute résistance mécanique pour la conception de structures allégées est fortement poussée par les objectifs de réduction de consommation énergétique et d’émission de CO2. Ainsi, le développement, l’optimisation et la conception de nouveaux alliages aux propriétés améliorées est un facteur clé de la compétitivité des ces industries. Cela inclus également l’élaboration et les procédés de mise en forme. Ce projet traite d’une part des aspects fondamentaux sur le développement des concepts permettant une approche « alliage par conception », et des aspects appliqués pour optimiser le procédé d’élaboration et ouvrir le chemin à l’industrialisation. Nous proposons en effet de développer un procédé appelé sheet-ECAP et permettant la nanostructuration par déformation plastique intense d’alliages d’aluminium à grande échelle. Cela sera effectué sur des alliages commerciaux spécifiquement modifiés et conçus pour ce procédé afin d’accroitre la stabilité thermique des structures ultrafines ainsi produites et de les combiner à des nano-précipités finement dispersés. L’objectif est d’obtenir des alliages à haute limite élastique (800MPa) avec un allongement uniforme jusqu’à 10%. D’un point de vue fondamental, on s’intéressera plus particulièrement à l’association d’un durcissement classique par précipitation à celui offert par les joints de grains. Pour parvenir à ce but, nous proposons une approche qui combine des techniques de caractérisation avancées (MET, SAXS, APT, EBSD,…) à de la modélisation (affinement de grains, relations structure/propriétés). Un des aspects innovants de ce projet réside dans l’optimisation de la composition d’alliages pour accroitre la stabilité thermique des nanostructures lors des traitements de précipitation. Le projet est construit autour l’idée qu’une teneur accrue en fer dans les alliages d’aluminium favorisera la formation de particules intermétalliques qui seront ensuite fragmentées par les hyperdéformations. Ces particules finement dispersées et de petite taille permettront de bloquer les joints de grains lors des traitements thermiques nécessaires à la croissance des précipités nanométriques intragranulaires. La formation d’une nouvelle famille de nano-précipités à partir de solutions solides hors équilibres induites par les déformations plastiques intense sera également explorée. Finalement, cette méthodologie fournira une opportunité de choix pour la potentielle transformation de l’aluminium issu du recyclage (et contenant de nombreuses impuretés telles que le fer) en produit à haute valeur ajoutée. Ce projet est organisé en quatre tâches, partant d’une approche fondamentale sur un alliage modèle Al-Fe avec une évolution progressive vers des alliages industriels (AA2050 et AA7449) aux teneurs adaptées en Fer et enfin vers l’optimisation du procédé sheet-ECAP. L’ensemble s’appuie sur la complémentarité des équipes impliquées (GPM, SIMAP, LEM3) conférant à ce projet une approche multidisciplinaire couvrant la mécanique, la chimie et la physique des matériaux. Il s’agit ainsi de rassembler des experts en caractérisation à fine échelle des alliages métalliques, en mécanique des matériaux, en structures métalliques à grains ultrafins, en précipitation dans les alliages d’aluminium et en procédés. Une partie des aspects fondamentaux seront traités en collaboration avec le Prof. Zenji Horita (Kyushu University, Japon) et le projet est également soutenu par un industriel, Constellium, qui fournira les matériaux de l’étude.