Brevet FR3118632A1 — publié le 20220708

Procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage d’au moins deux pièces réalisées en alliage à base d’aluminium assemblées par soudage par friction. L’invention a pour objet un procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage composé d’au moins deux pièces en alliage à base d’aluminium soudées entre elles par soudage par friction, l’assemblage subissant en outre un traitement thermique de mise en solution post-soudage. Figure 3 Procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage d’au moins deux pièces réalisées en alliage à base d’aluminium assemblées par soudage par friction. La présente invention concerne un procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage d’au moins deux pièces réalisées en alliage à base d’aluminium assemblées par soudage par friction. Il est connu que l’assemblage de pièces en alliages à base d’aluminium, après soudage par friction, présente une zone caractéristique en bord de joint de soudure appelée Zone Affectée Thermiquement (ZAT, ou « Heat Affected Zone » en anglais). Cette zone a subie, durant la phase de soudage, de forts gradients thermiques, influençant ses propriétés, et, entre autre, pour les alliages à base d’aluminium de série 7xxx (également appelés alliages à base d’aluminium de série 7000), rendant cette zone plus sensible à la corrosion que le reste de l’assemblage. L’objectif de l’invention est donc de proposer une optimisation des propriétés en corrosion d’un tel assemblage d’alliage à base d’aluminium soudés par friction, et plus particulièrement de leur zone affectée thermiquement durant la phase de soudage par friction. A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage d’au moins deux pièces réalisées en alliage à base d’aluminium et assemblées, à une étape, l’une à l’autre par soudage par friction formant un joint de soudage. Selon l’invention, le procédé comprend également, après l’étape de soudage par friction, une étape de mise en solution de l’assemblage au cours de laquelle l’assemblage est chauffé, depuis une température initiale jusqu’à une première température prédéterminée, et maintenu à cette première température prédéterminée pendant une première durée déterminée, puis une étape de trempe au cours de laquelle l’assemblage subit un traitement thermique de trempe. Un assemblage obtenu par ce procédé de fabrication présente des propriétés en corrosion améliorées. En effet, l’introduction d’une étape de mise en solution après soudage par friction, permet avantageusement une ré-homogénéisation, au moins partielle, des propriétés en corrosion de l’assemblage entre les joints de soudure, les zones adjacentes à la soudure, telle que les Zones Affectées thermiquement, et le reste de l’assemblage. Un assemblage obtenu par ce procédé de fabrication peut avantageusement être traité comme un assemblage homogène, c’est-à-dire qu’il ne présente pas de zone spécifiquement plus sensible à la corrosion. Selon une caractéristique, la première température prédéterminée est comprise entre 465°C et 485°C. Selon une caractéristique, la première durée déterminée est supérieure ou égale à 10 minutes. Selon une caractéristique, le procédé comprend, après l’étape de trempe, une étape de revenu de l’assemblage au cours de laquelle l’assemblage subit un traitement thermique de revenu. Selon une caractéristique, au cours de l’étape de revenu, l’assemblage est chauffé, depuis la température initiale, jusqu’à une deuxième température prédéterminée comprise entre 115°C et 125°C, et maintenu à cette deuxième température prédéterminée pendant une deuxième durée déterminée comprise entre 3 heures et 14 heures. Selon une caractéristique, le procédé comprend, après l’étape de revenu, une étape de sur-revenu de l’assemblage au cours de laquelle l’assemblage subit un traitement thermique de sur-revenu. Selon une caractéristique, au cours de l’étape de sur-revenu, l’assemblage est chauffé, depuis la deuxième température prédéterminée, jusqu’à une troisième température prédéterminée comprise entre 175°C et 185°C, et maintenu à cette troisième température prédéterminée pendant une troisième durée déterminée comprise entre 6 h et 7 h. Selon une autre caractéristique, au cours de l’étape de sur-revenu, l’assemblage est chauffé, depuis la deuxième température, jusqu’à une troisième température prédéterminée comprise entre 155°C et 175°C, et maintenu à cette troisième température prédéterminée pendant une troisième durée déterminée comprise entre 20 h et 30 h. Selon une caractéristique, l’assemblage subit, à une étape, un traitement mécanique de détensionnement. Selon une caractéristique, les au moins deux pièces sont assemblées l’une à l’autre par soudage par friction linéaire. Selon une caractéristique, les au moins deux pièces sont réalisées en alliage à base d’aluminium d’une même série. Selon une autre caractéristique, les au moins deux pièces sont réalisées en alliage à base d’aluminium de séries différentes D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels : est un schéma illustrant un assemblage de deux pièces en alliage à base d’aluminium soudées par friction ; est un organigramme des étapes du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention ; et est un graphique illustrant l’évolution de la température (T) en fonction du temps (t) au cours du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention. Comme visible à la , on a représenté un assemblage 10 composé d’une première pièce 12 en alliage à base d’aluminium soudée par friction à une deuxième pièce 14 en alliage à base d’aluminium et formant ainsi un joint de soudure 16. Les pièces 12, 14 sont représentées comme étant de forme parallélépipédique, mais peuvent être de formes différentes. Bien entendu, l’assemblage n’est pas limité aux première et deuxième pièces, mais peut comprendre une pluralité d’autres pièces en alliage à base d’aluminium, soudées par friction entre elles de sorte à former l’assemblage. Selon un mode de réalisation, les pièces 12, 14 sont réalisées en alliage à base d’aluminium d’une même série. Autrement dit, les pièces 12, 14 sont réalisées dans le même matériau. Par exemple, les pièces 12, 14 sont des plaques en alliage d’aluminium de série 7xxx (alliage à base d’Aluminium et de Zinc). Selon un autre mode de réalisation, les pièces 12, 14 sont réalisées en alliage à base d’aluminium de séries différentes. Autrement dit, les pièces 12, 14 sont réalisées dans des alliages à base d’aluminium ayant des composés différents. Par exemple, une des première ou deuxième pièces 12, 14 est une plaque en alliage à base d’aluminium de série 7xxx, et l’autre des première ou deuxième pièces 12, 14 est une plaque en alliage à base d’aluminium de série 2xxx (alliage à base d’Aluminium et de Cuivre). Les pièces 12, 14 sont fabriquées préalablement à la mise en œuvre du procédé de fabrication de l’assemblage 10. Afin de former chaque pièce 12, 14, un alliage à base d’aluminium est tout d’abord coulé, laminé à chaud, puis à froid de sorte à obtenir la pièce 12, 14. Chaque pièce 12, 14 ainsi formée subit ensuite un traitement thermique de mise en solution, une trempe, puis un détensionnement et une maturation. Une mise en solution consiste à chauffer la pièce, depuis une température initiale, jusqu’à une température prédéterminée, pendant une durée déterminée, de manière à permettre à un ou plusieurs des composés de l’alliage d’entrer dans la solution solide, où ils restent dans un état sursaturé après une trempe. Une mise en solution est un traitement thermique qui a pour but de dissoudre au moins une partie des composés de l’alliage qui a précipité lors des étapes antérieures, telles que la coulée ou le laminage à chaud. Une trempe consiste à immerger une pièce dans de l’eau à une température prédéterminée, pendant une durée déterminée, ou à asperger d’eau la pièce, de manière à figer la microstructure obtenue après la mise en solution. Le traitement thermique de trempe permet d’empêcher la reformation de précipités qui ont été dissouts lors de la mise en solution. Un détensionnement consiste en une traction de la pièce, dans le sens du laminage, qui permet de générer une déformation plastique de la pièce. Le traitement mécanique de détensionnement permet d’abaisser les contraintes résiduelles résultant de la trempe, par une relaxation plastique. Après une trempe, la solution solide sursaturée est dans un état métastable. Une maturation consiste à faire retrouver un équilibre à cette solution en rejetant une partie des composés de l’alliage qui sont en sursaturation sous la forme de précipités. Ces étapes de préparation de chaque pièce en alliage à base d’aluminium ne sont pas développées plus en détails ici, car elles sont bien connues de l’homme du métier. Généralement, lorsqu’une pièce est destinée à être utilisée telle quelle, c’est-à-dire sans subir une étape ultérieure d’assemblage, la pièce subit une dernière étape de traitement thermique de revenu. Un revenu, ou également appelé vieillissement, consiste à chauffer la pièce à une température inférieure à celle de la mise en solution pendant une durée déterminée, afin de modifier ses propriétés par précipitation des phases intermétalliques à partir d’une solution sursaturée. La représente les différentes étapes du procédé d’optimisation des propriétés de corrosion selon l’invention appliqué à l’l’assemblage 10. Le procédé comprend tout d’abord une étape E01 de fourniture d’au moins deux pièces 12, 14 en alliage à base d’aluminium. Selon l’invention, les pièces 12, 14 sont destinées à être soudées ensemble. Les pièces 12, 14 ont été fabriquées d’après le procédé de fabrication décrit précédemment, mais toutefois sans avoir subit l’étape de traitement thermique de revenu décrite ci-dessus. Le procédé comprend ensuite une étape E10 de soudage par friction des au moins deux pièces 12, 14 ensembles, de sorte à former l’assemblage 10. Cette étape E10 est réalisée au moyen d’un appareil de soudage par friction (non représenté sur les figures). Selon un mode de réalisation les pièces 12, 14 sont assemblées l’une à l’autre au moyen d’un soudage par friction linéaire. Comme représenté sur la , le soudage par friction des au moins deux pièces 12, 14 est réalisé à une température initiale T0. La température initiale T0 est généralement la température ambiante de l’environnement des pièces 12, 14. L’étape de soudage par friction, ainsi que l’appareil de soudage par friction, ne sont pas détaillés ici, car ils sont bien connus de l’homme du métier. Ensuite, le procédé comprend une étape E20 de traitement thermique au cours de laquelle une mise en solution de l’assemblage 10 est réalisée. Cette étape E20 consiste en un chauffage de l’assemblage 10, depuis la température initiale T0, jusqu’à une première température prédéterminée TP1, et à maintenir la première température prédéterminée TP1 pendant une première durée déterminée dD1, de manière à permettre à un ou plusieurs des composés de l’alliage d’entrer dans la solution solide, où ils restent dans un état sursaturé après une trempe. Cette étape de mise en solution a pour but de dissoudre au moins une partie des composés de l’alliage qui a précipité lors des étapes de fabrication des pièces 12, 14 ou lors de l’étape E10 de soudage par friction. Cette étape E20 peut également être appelée « remise en solution », puisque avant soudage par friction, les pièces 12, 14 ont déjà subi, lors de leur fabrication, un traitement thermique de mise en solution. La première température prédéterminée TP1 de la mise en solution est comprise entre 465°C et 485°C. Par exemple, pour un assemblage 10 composé de pièces 12, 14 en alliage d’aluminium de série 7010 (alliage d’Aluminium et de Zinc), la première température prédéterminée TP1 de la mise en solution est comprise entre 470°C et 480°C. La première durée déterminée dD1 de la mise en solution est supérieure ou égale à 10 minutes. De préférence, la première durée déterminée dD1 est sensiblement égale à 30 minutes. La première durée déterminée dD1 dépend de l’épaisseur des pièces 12, 14 et des composants du bain de mise en solution. Cette étape de mise en solution est réalisée directement après l’étape de soudage par friction, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’étape intermédiaire qui soit réalisée entre le soudage par friction et la mise en solution. Un avantage d’une étape de traitement thermique de mise en solution post-soudage par friction est que la soudure peut être réalisée sur des pièces 12, 14 n’ayant pas subi de traitements mécanique et thermique pré-soudage. En effet, ces traitements thermiques et mécaniques peuvent avantageusement être réalisés post-soudage. Suite à la mise en solution, le procédé comprend une étape E30 de traitement thermique au cours de laquelle une trempe de l’assemblage 10 est réalisée. La trempe consiste soit à immerger l’assemblage 10 dans de l’eau à une température de trempe prédéterminée, pendant une durée de trempe déterminée, soit à asperger d’eau à une température de trempe prédéterminée l’assemblage 10, pendant une durée de trempe déterminée. Comme visible sur la , cette étape E30 de trempe permet de faire descendre la température de l’assemblage 10 de la première température prédéterminée TP1 à la température initiale T0. La température de trempe prédéterminée est inférieure à 40°C, et notamment comprise entre 20°C et 40°C. Ce procédé d’optimisation permet ainsi d’obtenir un assemblage 10 aux propriétés en corrosion améliorées, c’est-à-dire un assemblage qui a une résistance à la corrosion plus élevée que les assemblages de pièces soudées par friction ne subissant pas de mise en solution post-soudage. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, suite à l’étape de trempe, une étape E40 de maturation au cours de laquelle une maturation de l’assemblage 10 est réalisée, à la température initiale T0, pendant une durée de maturation déterminée dM. La durée de maturation déterminée dM est supérieure ou égale à 24 heures. L’étape de mise en solution E20 permet avantageusement de préparer la précipitation des composés du ou des alliages à base d’aluminium qui intervient au cours de l’étape de maturation E40. Le procédé comprend, suite à l’étape E30 de trempe, et plus précisément suite à l’étape E40 de maturation, une étape E50 de traitement thermique au cours de laquelle un revenu de l’assemblage 10 est réalisé. Comme représenté sur la , le traitement thermique de revenu consiste à chauffer l’assemblage 10 depuis la température initiale T0 jusqu’à une deuxième température prédéterminée TP2, et à maintenir cette deuxième température prédéterminée TP2 pendant une deuxième durée déterminée dD2. L’étape de mise en solution E20 permet avantageusement de préparer la précipitation des composés du ou des alliages à base d’aluminium qui intervient au cours de l’étape de revenu E50. La deuxième température prédéterminée TP2 est comprise entre 115°C et 125°C. La deuxième durée déterminée dD2 est comprise entre 3 heures et 14 heures. De préférence, la deuxième durée déterminée dD2 est sensiblement égale à 10 heures. Le procédé comprend, suite à l’étape E50 de revenu, une étape E60 de traitement thermique au cours de laquelle un sur-revenu de l’assemblage 10 est réalisé. Un sur-revenu, également appelé sur-vieillissement, consiste à appliquer un traitement thermique de revenu, après une mise en solution, aux alliages à base d’aluminium de sorte à les amener au-delà du point de résistance mécanique maximale, afin de contrôler certaines caractéristiques distinctes des propriétés mécaniques. Comme représenté sur la , l’étape E60 de sur-revenu consiste à chauffer l’assemblage 10 depuis la deuxième température prédéterminée TP2, jusqu’à une troisième température prédéterminée TP3, cette troisième température prédéterminée TP3 étant maintenue pendant une troisième durée déterminée dD3. Selon un mode de réalisation, la troisième température prédéterminée TP3 est comprise entre 175°C et 185°C. Selon ce mode de réalisation, la troisième durée déterminée dD3 est comprise entre 6 heures et 7 heures. Selon un autre mode de réalisation, la troisième température prédéterminée TP3 est comprise entre 155°C et 175°C. Selon ce mode de réalisation, la troisième durée déterminée dD3 est comprise entre 20 heures et 30 heures. Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend, suite à l’étape E60 de sur-revenu, une étape E70 de traitement mécanique de l’assemblage 10, au cours de laquelle un détensionnement de l’assemblage 10 est réalisé. Le détensionnement de l’assemblage 10 est réalisé à la température initiale T0. Cette étape de traitement mécanique permet d’optimiser les caractéristiques mécaniques de l’assemblage 10. Par exemple, pour un assemblage composé d’alliage à base d’aluminium de série 7xxx, le traitement mécanique de détensionnement consiste en une relaxation des contraintes résiduelles par étirage de l’assemblage 10 entre 1,5 % et 3 %. Procédé d’optimisation des propriétés en corrosion d’un assemblage (10) d’au moins deux pièces (12,14) réalisées en alliage à base d’aluminium et assemblées, à une étape (E10), l’une à l’autre par soudage par friction formant un joint de soudage (16), caractérisé en ce que le procédé comprend, après l’étape (E10) de soudage par friction, une étape (E20) de mise en solution de l’assemblage (10) au cours de laquelle l’assemblage (10) est chauffé, depuis une température initiale (T0) jusqu’à une première température prédéterminée (TP1), et maintenu à cette première température prédéterminée (TP1) pendant une première durée déterminée (dD1), puis une étape (E30) de trempe au cours de laquelle l’assemblage (10) subit un traitement thermique de trempe. Procédé d’optimisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première température prédéterminée (TP1) est comprise entre 465°C et 485°C, et en ce que la première durée déterminée (dD1) est supérieure ou égale à 10 minutes. Procédé d’optimisation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le procédé comprend, après l’étape (E30) de trempe, une étape (E50) de revenu de l’assemblage (10) au cours de laquelle l’assemblage (10) subit un traitement thermique de revenu. Procédé d’optimisation selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’au cours de l’étape (E50) de revenu, l’assemblage (10) est chauffé, depuis la température initiale (T0), jusqu’à une deuxième température prédéterminée (TP2) comprise entre 115°C et 125°C, et maintenu à cette deuxième température prédéterminée (TP2) pendant une deuxième durée déterminée (dD2) comprise entre 3 heures et 14 heures. Procédé d’optimisation selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le procédé comprend, après l’étape (E50) de revenu, une étape (E60) de sur-revenu de l’assemblage (10) au cours de laquelle l’assemblage (10) subit un traitement thermique de sur-revenu. Procédé d’optimisation selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’au cours de l’étape (E60) de sur-revenu, l’assemblage (10) est chauffé, depuis la deuxième température prédéterminée (TP2), jusqu’à une troisième température prédéterminée (TP3) comprise entre 155°C et 175°C, et maintenu à cette troisième température prédéterminée (TP3) pendant une troisième durée déterminée (dD3) comprise entre 20 h et 30 h. Procédé d’optimisation selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’au cours de l’étape (E60) de sur-revenu, l’assemblage (10) est chauffé, depuis la deuxième température prédéterminée (TP2), jusqu’à une troisième température prédéterminée (TP3) comprise entre 175°C et 185°C, et maintenu à cette troisième température prédéterminée (TP3) pendant une troisième durée déterminée (dD3) comprise entre 6 h et 7 h. Procédé d’optimisation selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’assemblage (10) subit, à une étape (E70), un traitement mécanique de détensionnement. Procédé d’optimisation selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les au moins deux pièces (12, 14) sont assemblées l’une à l’autre par soudage par friction linéaire. Procédé d’optimisation selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les au moins deux pièces (12, 14) sont réalisées en alliage à base d’aluminium d’une même série, ou à base d’aluminium de séries différentes.