ALS - Magazine 6 - Septembre 2017

14 / ALS Mag Dans le cas de l’aluminium 23 , le minerai de bauxite est préparé puis dissous. On y ajoute des fondants pour former un liquide vers 960°C dans lequel on fait passer de forts courants électriques avec production d’aluminium sur la cathode. La production à partir de métal recyclé se fait dans des fours qui refondent la matière et tentent, par des ajouts habiles, de retirer les éléments indésirables mélangés dans les matières enfournées. La consommation énergé- tique est nettement moindre que précédemment mais la qualité métallurgique également. Des opérations d’addition et de traitement du métal en phase liquide permettent ensuite d’obtenir la composition visée et d’améliorer la pureté chimique du mélange. Le métal liquide est ensuite coulé et solidifié dans des moules par divers procédés qui donnent, en général une préforme 24 . La micros- tructure résultant de la solidification est difficile à maîtriser. En conséquence, les pièces brutes de solidification nécessitent des traitements thermomécaniques ultérieurs. Cependant, la fonderie 25 est un procédé qui s’améliore réguliè- rement pour maîtriser simultanément la forme et la microstructure. On peut citer les très beaux développements de l’industrie aéronautique pour obtenir par fonderie les aubes monocristal- lines en alliage base nickel. Une technique plus récente est l’obtention de poudres métalliques en soufflant vigoureusement un gaz ou un liquide froid sur un jet de métal liquide qui éclate alors en gouttelettes. La poudre peut être utilisée pour certaines techniques de fabrication additive 26 , qui sont en plein développement. Dans la voie classique, la préforme obtenue après solidification est ensuite mise en forme à chaud, ce qui nécessite de la réchauffer avant de la déformer pour lui donner la forme souhaitée à une température où le métal est ductile. La microstructure évolue alors beaucoup 27 . Très souvent, on poursuit par une déformation à froid, dans la mesure où la ductilité du métal à basse température le permet, afin d’obtenir une forme finale précise 28 . Pour bénéficier des propriétés de résistance à la corrosion ou au frottement, on ajoute un traitement de surface 29 : on modifie localement la microstructure ou on dépose un autre matériau qui apporte la propriété souhaitée. La maîtrise des propriétés finales dépend évidemment de chacune de ces étapes qu’il faut donc contrôler de bout en bout pour les applications un peu compliquées, qui sont finalement celles qui restent dans nos pays plus développés où les usines ont été investies il y a longtemps, les coûts de personnel relati- vement élevés et les approvisionnements complexes. Les matériaux métalliques et leurs procédés QUELQUES DÉVELOPPEMENTS ACTUELS EN LORRAINE Citons quelques exemples de développements effectués plus particulièrement en Lorraine pour répondre aux défis de l’industrie moderne. L’alliage TiAl a été développé pour la sortie de la partie chaude des réacteurs d’avion afin d’augmenter de quelques degrés la température de fonctionnement tout en diminuant la densité du matériau. Ceci améliore notablement le rendement du réacteur. Cet alliage est tout à fait particulier car constitué d’une phase Titane- Aluminium résistante à haute température. En revanche, elle est particulièrement difficile à travailler à presque toutes les étapes des procédés. Nos laboratoires lorrains ont travaillé sur les propriétés du matériau en particulier pour la corrosion, sur les procédés d’élaboration du métal liquide extraordinairement sensible à toute trace d’oxygène ou d’azote, sur sa transfor- mation à chaud ainsi que sur les moyens de recycler les chutes de fabrication. Cet alliage est utilisé dans le nouveau moteur LEAP de Safran 30 . Les équipements industriels de production ne sont pas en Lorraine. L’allégement est également un objectif important dans l’automobile. Les sidérurgistes ont cherché à diminuer les épaisseurs pour alléger les pièces. C’est un travail consistant en une analyse pièce par pièce de ce qui serait possible en optimisant les propriétés des matériaux, notamment le compromis résistance/ductilité : on peut, évidemment, diminuer les épaisseurs en augmentant la résistance mais il faut que la pièce reste formable, soudable, etc. Le centre de recherche de Maizières-lès-Metz est à la pointe de cette recherche en collaboration étroite avec les constructeurs automobile et les laboratoires académiques de la région (et d’ailleurs). Deux voies métallurgiques sont utilisées : faire l’embou- tissage des pièces à chaud ce qui permet d’accepter des ductilités moindres à froid mais nécessite une modification importante chez les fabricants d’automobiles. La métallurgie, qui impose Poudre atomisée Aube de turbine Réacteur d’avion