Aciers avancés à haute résistance :définition et applications

Alors que les préoccupations concernant la sécurité du conducteur et l'économie de carburant sont devenues plus importantes, les constructeurs automobiles ont cherché à rendre tous les aspects du cycle de vie de la production de véhicules plus efficaces. Une partie de ce processus d'optimisation continu consiste à examiner attentivement les propriétés des matériaux qui sont les plus efficaces ou les plus bénéfiques dans les applications automobiles et à tenter d'incorporer davantage de matériaux qui offrent ces caractéristiques souhaitées. L'une des principales percées dans ce domaine a été le développement d'aciers avancés à haute résistance (AHSS).

Les aciers avancés à haute résistance sont de nouvelles générations de nuances d'acier qui offrent une combinaison unique de durabilité, de facilité de fabrication et de rapport résistance/poids élevé qui garantit que les pièces et composants en acier répondent aux réglementations critiques en matière de sécurité et d'efficacité de manière rentable.

Les constructeurs automobiles utilisent des aciers avancés à haute résistance depuis des années, et à mesure que les processus de fabrication se sont améliorés, chaque génération d'aciers s'est également améliorée. À l'aide de processus de chauffage et de refroidissement précis et de différents mécanismes de renforcement, les ingénieurs peuvent obtenir des propriétés mécaniques optimales, telles qu'une ductilité ou une résistance à la traction élevées, tout en répondant aux exigences de résistance aux chocs, de ductilité, de fatigue, de rigidité et d'autres caractéristiques.

Les différents types de tôles d'acier avancées à haute résistance offrent également des propriétés différentes, ce qui permet aux fabricants d'adapter la composition de leurs pièces pour répondre aux besoins spécifiques de chaque application. Les châssis automobiles, par exemple, nécessitent une plus grande rigidité (pour maintenir l'intégrité structurelle du véhicule) que les pièces utilisées dans la zone de déformation, qui sont conçues pour subir des déformations contrôlées qui aident à protéger les passagers en cas de collision.

Types d'aciers avancés à haute résistance

Les aciers qui ont des niveaux de limite d'élasticité de 550 unités de pression mégapascal (MPa) ou plus sont généralement considérés comme des aciers avancés à haute résistance . Pour la première et la deuxième génération de ces métaux, les ingénieurs ont rapidement exploité les différences de composition chimique et les microstructures multiphases d'aciers spécifiques pour répondre aux exigences de performance des composants automobiles.

• Acier biphasé (DP)  :L'un des aciers avancés à haute résistance les plus largement utilisés. Il est exceptionnellement ductile et résiste aux fractures, ce qui lui permet d'être utilisé dans une gamme d'applications automobiles, y compris dans les composants structurels.
• Aciers à plasticité induite par transformation (TRIP) : Présentent une malléabilité élevée, ce qui confère aux pièces en acier TRIP une capacité d'endurance élevée. Les deux fournissent une absorption d'énergie élevée, ce qui les rend bien adaptés aux zones de déformation.
• Acier martensitique : Avoir une microstructure qui présente une teneur en carbone accrue, ce qui augmente la résistance et la dureté du matériau mais n'augmente pas le poids des composants de la même manière qu'une pièce en acier conventionnelle le ferait. Les aciers martensitiques résistent à la déformation permanente, ce qui en fait un excellent choix de matériau pour fortifier les habitacles automobiles ou les cages de sécurité.

De nouvelles recherches et de nouveaux développements au cours des dernières années ont conduit à la nouvelle troisième génération d'aciers avancés à haute résistance, qui sont conçus pour fournir des combinaisons accrues de résistance et de ductilité, souvent à des coûts nettement inférieurs. Alors que l'industrie travaille toujours à une définition normalisée des aciers à haute résistance de troisième génération, les propriétés souhaitées typiques sont une résistance minimale de 1 200 MPa et une ductilité de 30 % d'allongement, une augmentation notable par rapport aux générations d'aciers précédentes.

Les applications des aciers avancés à haute résistance

Bien qu'ils soient utilisés depuis des années pour les applications automobiles, les aciers avancés à haute résistance sont également de plus en plus intégrés dans d'autres secteurs de fabrication. Les caractéristiques de sécurité en cas de collision des aciers à haute résistance les rendent idéaux pour les applications dans les systèmes de transport ferroviaire, par exemple.

Il a également été constaté que les aciers avancés à haute résistance améliorent les performances des moteurs et les limitations de vitesse non seulement pour les automobiles, mais également pour les avions, les navires et les trains. Le marché de l'acier avancé à haute résistance est également sur le point d'offrir d'importantes économies d'énergie aux fabricants du monde entier à mesure que les méthodes deviennent plus efficaces.

Défis des aciers avancés à haute résistance

Les aciers avancés à haute résistance présentent certaines limites. La ductilité accrue des aciers avancés à haute résistance de troisième génération nécessite d'augmenter la teneur en alliage du métal. Cela permet aux aciers d'être formés à froid dans des formes plus complexes tout en conservant la ductilité du matériau, mais entraîne une usure accrue des matrices de formage et un retour élastique accru.

La soudabilité présente également un défi, car les microstructures créées par une teneur plus élevée en carbone et en alliage des aciers avancés à haute résistance peuvent être négativement affectées par le chauffage et le refroidissement rapides impliqués dans le processus de soudage.

L'un des objectifs du développement continu des aciers avancés à haute résistance de troisième génération est de réduire la teneur en alliage des aciers à haute résistance afin de maintenir les coûts à un niveau inférieur, tout en maximisant la résistance et la ductilité et en évitant la fragilisation.

Le partenariat de fabrication qui redéfinit ce qui est possible

Les aciers avancés à haute résistance peuvent être bien adaptés pour améliorer la résistance à la traction et la durabilité d'une variété de pièces dans toutes les industries. Les progrès en matière d'efficacité énergétique et d'ingénierie rendront probablement la prochaine génération d'aciers avancés à haute résistance encore plus polyvalents.

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