Influence of Aging in the Warm Forming of 6xxx series Aluminum Alloys

par Vasco Manuel Neto Simoes

Thèse de doctorat en Sciences pour l'Ingénieur

Soutenue le 21-12-2017

à Lorient en cotutelle avec l'Universidade de Coimbra , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Influence du vieillissement dans l’emboutissage à tière des alliages d’aluminium de la série 6xxx


  • Résumé

    Les alliages d’aluminium, présentant un rapport résistance-poids élevé, sont capables de répondre aux exigences de réduction de masse et d’augmentation de sécurité dans la construction de nouveaux véhicules. Cependant, lors des opérations d’emboutissage, ces alliages présentent une plus faible formabilité et un retour élastique plus élevé que les aciers traditionnellement utilisés. L’emboutissage à température moyenne (qualifiée de tiède) apparaît comme une solution très intéressante pour résoudre ces problèmes. Néanmoins, l’emboutissage pour les alliages d'aluminium de la série 6000, reste toujours un défi car la gamme de température utilisée est proche de celle utilisée lors des traitements thermiques de ces alliages. Ainsi l’augmentation de la température peut entraîner un durcissement par précipitation. En outre, ces alliages sont susceptibles de vieillir naturellement. Tous ces changements doivent être prédits pour éviter des variations dans le process de production. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail a été d'analyser les conditions d’emboutissage à tiède de deux alliages d’Al-Mg-Si (l'EN AW 6016-T4 et l'EN AW 6061-T6), afin de d’améliorer la robustesse des opérations d’emboutissage. Des essais de traction et des essais d’emboutissage de godets cylindriques en température ainsi que des mesures de retour élastique (essai dit de Demeri) ont été effectués. Plusieurs paramètres comme le vieillissement naturel, la durée de chauffe et la vitesse d’emboutissage ont été étudiés afin de proposer des solutions permettant d’améliorer la robustesse des opérations d’emboutissage. L’emboutissage à tiède se révèle être une solution efficace pour améliorer la formabilité, réduire le retour élastique et la variabilité causée par le vieillissement naturel. Cependant, utiliser des vitesses d’emboutissage élevées et une chauffe rapide sont nécessaire pour éviter le durcissement par précipitation pendant l’emboutissage.


  • Résumé

    Heat treatable aluminum alloys present a high strength-to-weight ratio, which replies to the requirements of mass reduction and safety increase in the construction of new vehicles. However, in sheet metal forming operations, these alloys have lower formability and higher springback than traditionally mild steels used. In this context, forming in warm temperature appears as an attractive solution to solve these problems. Nevertheless, there is still a challenge since the temperature range used in warm forming is similar to one used in the heat treatment of these alloys. Thus increasing the temperature can lead to precipitation hardening, which modifies the thermo- mechanical behavior of the material. In addition, these alloys are prone to natural aging that causes variability in forming operations and increases the amount of scrap. The present study addresses the warm forming of two heat-treated Al-Mg-Si alloys (EN AW 6016-T4 and EN AW 6061-T6), in order to propose solutions that can contribute to the increase of robustness of sheet metal forming operations. The influence of natural aging, temperature and exposure time has been studied by using uniaxial tensile tests, cylindrical cup tests and the split ring tests. The main goal is to propose solutions to improve the robustness of the sheet metal forming process. Warm forming proves to be an effective solution for improving formability, reducing the springback and variability caused by natural aging. However, high forming speeds and fast heating are necessary to prevent precipitation hardening during forming operations.


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