Etude de l’endommagement par la découpe des aciers dual phase pour application automobile

par Alexandre Dalloz

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de André Pineau.

Soutenue en 2007

à Paris, ENMP .

mots clés

• Travail de l'acier
• Résistance des matériaux
• Coupe
• Métaux -- Traitement thermique
• Éléments finis, Méthode des

Résumé

Des observations récentes ont montré que l’étape de découpe mécanique avait tendance à altérer la formabilité des aciers dual phase. L’objectif de la présente étude est d’améliorer notre connaissance des mécanismes mis en jeu au cours de la découpe afin de pouvoir les prendre en compte pour le développement des futures nuances. Un premier travail d’observation et de caractérisation a révélé l’existence d’une zone affectée par la découpe s’étendant sur environ 200 mm. Cette zone se caractérise par une déformation microstructurale importante, conduisant localement à la décohésion des phases ferritique et martensitique. La formation de cette zone en cours de découpe a été étudiée à travers deux approches : d’une part, via un montage de cisaille instrumenté permettant d’observer l’évolution de la microstructure, et, d’autre part, via la simulation numérique du procédé donnant accès aux grandeurs mécaniques locales dans la tôle. Il apparait que l’endommagement et la rupture de l’acier sont pilotés par la décohésion des interfaces ferrite-martensite, elle-même fortement dépendante de l’état de triaxialité des contraintes. L’étude du comportement des bords découpés au cours de sollicitation mécanique a permis d’observer l’amorçage rapide de fissures dans la zone affectée par la découpe et l’impact direct de la taille de cette dernière sur la perte de ductilité des pièces découpées. Enfin, deux traitements thermiques permettant de limiter l’impact de la découpe ont été mis en évidences: d’une part via la transformation d’une troisième phase lors du recuit, d’autre part via le rééquilibrage des propriétés au sein de la microstructure par l’application d’un traitement de revenu.

Titre traduit

Study of the damage induced by the shear cutting process in dual phase steels for automotive application

Résumé

In order to optimize the metallurgical quality of future dual phase steels, the present study aims at a better understanding of the formation of the cut edge damage induced by shearing. Observations and characterizations revealed the existence of a highly deformed area in the vicinity of the cut edges. This region of 200 µm is defined as the cutting affected zone. In addition to deformation, its microstructure presents voids, initiated at ferrite-martensite boundaries. The formation of this zone during the cutting process was studied through two complementary approaches: first, the use of an especially designed testing device that allows precise interruption of the cutting process, then, the simulation of the process by finite elements methods. The damage and the fracture of the sheets appeared to be controlled by the voids formation at the phases boundaries and thus by the stress triaxiality ratio. The study of the cut edge behaviour under loading showed the rapid initiation of small cracks in the cutting affected zone. The direct impact of these cracks on the sheets ductility was also highlighted. Finally, two heat treatments that limit the ductility loss induced by cutting were proposed: one by the formation of a third phase during cooling and the other by offering better mechanical properties around phases boundaries.