Étude de la rugosité de surface induite par la déformation plastique de tôles minces en alliage d'aluminium AA6016

A study of plastic strain-induced surface roughnes in thin AA6016 aluminium sheets

• Auteur / Autrice : Alban Guillotin
• Direction : Julian Driver
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et Génie des Matériaux
• Date : Soutenance le 28/05/2010
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : EDSIS 488
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : ALCAN CRV
• Jury : Président / Présidente : André Pineau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gilles Guiglionda, Claire Maurice
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Colette Rey, Jean-Yves Buffière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autocorrélation (statistique)

Plasticité

Texture (cristallographie)

Déformations (mécanique)

Rugosité

Aluminium -- Alliages

Mots clés libres

Al-Mg-Si

Rugosité de Surface

Lignage

Texture Cristallographique

Plasticité Cristalline

Eléments Finis

Autocorrélation

Densité de Puissance Spectrale

Al-Mg-Si Aluminium Alloy

Surface Roughness

Roping

Through-Thickness Texture

Crystal Plasticity

Finite Element Method

Autoccorrelation Function

Areal Power Spectral Density function

Résumé

Dans le cadre d'un programme de recherche visant à l'allègement de la structure des véhicules, l'origine de lignage dans des tôles en aluminium AA6016 a été étudiée. Ce phénomène, qui peut apparaître à la suite d'une déformation plastique, est apparenté à de la rugosité de surface alignée dans la direction de laminage (DL). Sa présence est néfaste à une bonne finition de surface, et son intensité est appréciée visuellement par les fabricants.Une méthode de quantification rationnelle a été développée. La caractérisation de la distribution morphologique des motifs de rugosité a été rendue possible par l'utilisation de fonctions fréquentielles telle la densité de puissance spectrale. La note globale, construite à partir de la quantification individuelle des composantes de lignage pur et de rugosité globulaire, s'est montrée en bon accord avec les estimations visuelles, et notamment avec le niveau de lignage intermédiaire regroupant plusieurs aspects de surface différents.La microstructure des matériaux à l'état T4 a été expérimentalement mesurée couche de grains par couche de grain à l'aide d'un couplage entre polissage contrôle et acquisition par EBSD. Les 4 à 5 premières couches sous la surface (-120μm) semblent jouer un rôle mécanique prépondérant dans la formation du lignage car elles offrent à la fois une grande taille de grains moyenne, une importante ségrégation d'orientations cristallines, et une forte similitude de longueurs d'onde entre la rugosité de surface et les motifs de la microtexture.Des simulations numériques ont permis de vérifier que les couples de texture identifiés (Cube/Goss, Cube/Aléatoire et Cube/CT18DN) possédaient des différences d'amincissements hors-plans suffisantes pour générer l'ondulation d'une couche d'éléments. En revanche, l'influence mécanique de cette même couche décroit très rapidement avec son enfouissement dans la profondeur et devient négligeable sous plus de 4 couches d'éléments.

As part of a project on aluminium alloys for vehicle weight reduction, the origins of roping in AA6016 aluminium sheets have been studied. This strain-induced phenomenon is related to surface roughness but involves narrow alignments along rolling direction (RD). Its lowers the surface quality, and its intensity is visually evaluated by vehicle manufacturers.An original quantification method is proposed. The morphological characterization of roughness features has been measured by using frequency functions such as the areal power spectral density. The overall roping quality mark, determined from quantifications of both the isotropic and unidirectional components, shows good agreement with the visual assessment, especially for the intermediate roping levels which exhibit several different surface appearances.The material microtexture has been experimentally measured through grain to grain layers by using serial sectioning and EBSD scans. The first 4 to 5 layers under the surface (-120μm) seem to play a leading role in the micromechanics of roping developpment since they simultaneously exhibit a high average grain size, significant segregation of crystallographic orientations, and a close similitude between surface roughness and microstructural feature wavelenghts.Numerical simulations verified that the identified texture pairs (Cube/Goss, Cube/Random and Cube/CT18DN) have sufficient out-of-plane strain difference to promote one element thick layer undulations. But, the mechanical influence of this layer decreases gradually with depth, and becomes negligible below 4 other layers.