Prise en compte des évolutions de la précipitation dans la modélisation de la dureté après soudage FSW d'alliages d'aluminium à durcissement structural de la série 2000, pour des applications aéronautiques

Consideration of the evolutions of precipitation in the modelling of hardness after FSW of 2xxx series heat treatable aluminium alloys for aeronautical applications

• Auteur / Autrice : Sébastien Galisson
• Direction : Philippe Le Masson, Denis Carron, Georgios Stamoulis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 17/06/2022
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme - Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Pascal Paillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Laurent, Eric Feulvarch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Noëlle Avettand-Fenoël, Vladimir Esin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dureté

Aluminium -- Alliages

Industrie aéronautique

Soudage par friction-malaxage

Mots clés libres

Alliage 2024

Alliage 2050

Précipitation

Résistivité électrique

Durcissement par précipitation

Friction Stir Welding

FSW

AA 2024

AA 2050

Precipitation

Hardness

Electrical resistivity

Résumé

Le soudage par friction malaxage est un procédé permettant l’assemblage d’alliages d’aluminium de la série 2000 très utilisés dans le domaine aéronautique. Sa généralisation permettrait à terme de remplacer le rivetage avec un intérêt économique non négligeable. Les outils de simulation numérique, permettant une meilleure maîtrise du procédé, sont capables de décrire l’histoire thermo-mécanique dans le matériau. Cependant, pour prédire la tenue mécanique du joint soudé de ce type d’alliages, la modélisation doit nécessairement prendre en compte les évolutions de l’état de précipitation avec des temps de calcul raisonnables. Ces travaux se sont donc concentrés sur cette étape de la simulation avec pour objectif la prédiction de la dureté dans le joint. Des essais de soudage instrumentés en microthermocouples ont été réalisés et ont permis la validation des champs de températures simulés avec le code ESI Sysweld. La simulation de la précipitation est effectuée à l’aide de deux types de modèles. Une extension du modèle semi-analytique de Myhr et Grong est proposée pour prédire la dureté après soudage pour l’alliage 2024-T3. Un modèle à variables internes est utilisé pour simuler la dureté après un traitement thermique post-soudage de l’alliage 2050-T34. Des données issues de la littérature et d’essais complémentaires de traitement thermique en machine Gleeble et de résistivité électrique ont été utilisées pour étalonner les modèles. Les résultats obtenus sont discutés et comparés aux mesures expérimentales. Les travaux ont bénéficié d'une Bourse de thèse conjointe Université de Bretagne Sud - Université de Bretagne Occidentale et d'un soutien financier de Dassault Aviation.

Friction stir welding is a process used to assemble 2000 series aluminium alloys often used in aircraft industry. This process could lead to the replacement of the riveting technology allowing a significant economic gain. Numerical simulations, which allow better control of the process, can describe the thermomechanical history in the material. However, in order to predict the mechanical properties of the weld joint of heat treatable alloys, the simulation must take into account the evolution of the precipitation with reasonable computing time. This work was focused on this stage of the simulation with the purpose of predicting the hardness of the weld joint. Welding experiments instrumented with microthermocouples has been achieved in order to validate the thermal field simulated with the ESI Sysweld software. The simulation of the precipitation is performed with two different models. An extension of the semi-analytical model of Myhr & Grong is proposed to predict the hardness after welding of AA 2024-T3. A model based on an internal microstructural variable approach is used to simulate the hardness after post- welding heat treatment of AA 2050-T34. Data from the literature, specific heat treatments in a Gleeble machine and electrical resistivity measurements have been used to calibrate the models. The results achieved are discussed and compared to experimental measurements. This work has benefited from a PhD grant from Université de Bretagne Sud and Université de Bretagne Occidentale as well as a financial support from Dassault Aviation.