À propos des aciers avancés à haute résistance (AHSS)

AHSSest une famille d'aciers à haute résistance qui comprend une large gamme de microstructures multiphasiques complexes,formé de ferrite, bainite, martensite et austénite retenue dans des proportions différentes. Ces microstructures complexes leur confèrent une combinaison exceptionnelle de propriétés mécaniques et de formabilité, par rapport aux aciers doux conventionnels, qui ont une microstructure ferritique.

 

Les AHSS se caractérisent par une résistance très élevée, une aptitude au formage relativement bonne et d'excellentes performances en cas d'impact, ce qui les rend particulièrement adaptés aux composants de carrosserie automobile liés à la structure et à la sécurité. La résistance plus élevée et les performances d'impact améliorées par rapport aux aciers conventionnels permettent de réduire le poids des pièces structurelles grâce à la réduction de l'épaisseur des tôles et, en même temps, d'améliorer la sécurité des passagers.  

Diagramme de ductilité - résistance pour divers types d'aciers, y compris les aciers conventionnels et les nuances AHSS.
 

Classification

Les grandes exigences de l'industrie automobile ont multiplié les efforts de recherche vers le développement de nouveaux concepts AHSS afin de répondre aux objectifs de performance de plus en plus exigeants.

En conséquence, un grand nombre de nuances AHSS avec des microstructures complexes et uniques, soigneusement ajustées en contrôlant les compositions chimiques et les traitements thermomécaniques, ont été développés au cours des deux dernières décennies.

1st génération d'AHSS

Aciers à double phase (DP), à phase complexe (CP), martensitique (MS), écroui (PHS) ou formé à chaud (HF) et à plasticité induite par transformation de phase (TRIP). Cette génération se caractérise par une meilleure formabilité que les aciers monophasés à haute résistance faiblement alliés (HSLA) de résistance similaire.

2nd génération d'AHSS

Comprend la plasticité induite par le jumelage (TWIP) et les aciers inoxydables austénitiques. Ces aciers présentent une résistance très élevée et une ductilité extrêmement élevée par rapport au 1st génération d'AHSS. Cependant, leur complexité de production et leurs coûts élevés, ainsi que d'autres problèmes de fissuration retardée et de mauvaise soudabilité, ont limité leur application.

3rd génération

Développé pour couvrir l'écart entre le 1st et la 2nd génération d'AHSS, la 3rd génération présente une résistance supérieure et une formabilité améliorée que 1st génération AHSS mais à des coûts de production nettement inférieurs.

Une telle famille AHSS comprend des aciers avec des constituants microstructuraux ultrafins, tels que la martensite ou la bainite, produits dans des conditions de non-équilibre, en combinaison avec de l'austénite retenue (RA). La bainite et la martensite contribuent à augmenter la résistance, tandis que la transformation induite par la contrainte de l'austénite retenue (effet TRIP) contribue à optimiser davantage la ductilité et la résistance. Certains des aciers développés sous cette classification sont les aciers TBF (TRIP-aided bainitic ferritic) et Q&P (trempe et partitionnement). D'autre acier TRIP de 3rd génération, tels que les aciers à Mn moyen ou δ-TRIP, et les aciers à nanoprécipitation sont actuellement en cours de développement.

Les défis des tôles en AHSS

Cependant, les nouvelles solutions apportent de nouveaux défis, et toutes ne sont pas des avantages.Le fait est que travailler avec ce type d'acier implique des changements dans la conception des pièces et dans les procédés de fabrication. La haute résistance des AHSS, ainsi que leurs mécanismes complexes d'endommagement et de rupture et leur plus grande sensibilité à la fissuration, sont la principale source de problèmes de fabrication les plus fréquents.

 

Usure prématurée de l'outil et défaillance due aux forces élevées requises pour le formage

Prédiction difficile des dimensions finales de la pièce, en raison du retour élastique élevé et imprévisible

Amincissement de la tôle non homogène, pouvant conduire à la rupture de la pièce lors des opérations de formage ultérieures

Microfissuration localisée, comme la fissuration des bords, due au manque de ductilité locale pour les nuances à très haute résistance

La nécessité d'une caractérisation précise

Surmonter de tels problèmes nécessite une connaissance approfondie des propriétés et du comportement des matériaux lors du formage. Malheureusement, les procédures classiques de caractérisation et de modélisation ne permettent pas une description complète du comportement et de la capacité de mise en oeuvre des AHSS.

Formabilité globale vs locale

Pour l'AHSS, le concept de formabilité est plus complexe que dans les aciers doux conventionnels et il est divisé en deux catégories : formabilité globale et locale. La formabilité globale fait référence à la résistance du matériau à la formation d'un rétrécissement localisé dans des modes de déformation où des régions relativement grandes de matériau sont déformées simultanément (formage par étirage, tréfilage, etc.). Elle est typiquement évaluée au moyen de Courbes limites de formage (FLC) selon la norme ISO XNUMX. D'autre part, la formabilité locale est plus liée à la résistance à la rupture du matériau lorsque la déformation est appliquée dans une zone localisée (flexion à rayon serré, bordage étiré, dilatation des trous, etc.).

La fissuration des bords et la formation de fissures sous impact sont deux des principaux problèmes de fissuration liés à la formabilité locale de l'AHSS. Ce type de fractures ne peut pas être décrit par des critères de fracture et de ductilité conventionnels basés sur des FLC ou des valeurs d'allongement issues d'essais de traction uniaxiale. Par conséquent, dans le but d'améliorer la sélection des matériaux et d'optimiser la conception de nouveaux matériaux, il existe un besoin croissant d'identification des propriétés des matériaux qui décrivent le mieux ces défaillances liées aux fissures.

La ténacité à la rupture s'est avéré être une propriété de matériau pertinente pour comprendre le comportement à la fissuration des plaques AHSS. Elle a été utilisée pour sélectionner le matériau le plus approprié dans le formage de la tôleet classer leurs performances en cas de fracture et de collision.

Ainsi, l'évaluation de la ténacité à la rupture des tôles AHSS est devenue pertinente pour les sidérurgistes, les fabricants de pièces détachées et les constructeurs automobiles pour améliorer la sélection des matériaux et optimiser la microstructure des futures nuances AHSS.

exemples de fractures liées aux fissures
Exemples de fractures liées à des fissures dans des tôles d'acier à haute résistance