Aciers pour emboutissage à chaud - Usibor^® et Ductibor^®

Les aciers Usibor^® et Ductibor^® sont des nuances mises en forme à chaud et destinées aux pièces de structures et de sécurité pour l'automobile. De par leur résistance très élevée, les aciers Usibor^® sont particulièrement adaptés pour les pièces anti-intrusion pour lesquelles un effort ultime d'effondrement élevé est recherché. Grâce à leur très bonne ductilité, les aciers Ductibor^® sont particulièrement performants pour des pièces devant absorber de l'énergie lors d'un choc. Le graphe ci-dessous illustre les niveaux typiques de résistance à la traction et de déformation à la rupture des aciers Usibor^® et Ductibor^®.

Les avantages principaux des aciers Usibor^® et Ductibor^® sont :

• Possibilité d'obtenir des géométries complexes du fait que la mise en forme est réalisée à l'état austénitique dans le cas du procédé d'emboutissage direct ou que la matière présente une bonne formabilité avant traitement thermique dans le cas du procédé d'emboutissage indirect. La très bonne formabilté à chaud permet de proposer des solution acier qui intègrent plusieurs fonctions (suppression de renforts et d'assemblages)
• Absence de retour élastique
• Homogénéité des caractéristiques mécaniques obtenues sur pièce
• Résistance exceptionnelle à la fatigue et aux chocs permettant d'atteindre des allègements élevés

ArcelorMittal a été le premier sidérurgiste à proposer un acier revêtu pour emboutissage à chaud, l'Usibor^®-AS, avec un revêtement à base d'aluminium et de silicium appliqué au trempé.

Les avantages supplémentaires de l'Usibor^®-AS et du Ductibor^®-AS sont :

• Simplification du process et gains économiques : suppression de l'étape de grenaillage après mise en forme (pas de formation de calamine), pas d'atmosphères de protection spécifiques dans les fours d'austénitisation)
• Excellente résistance à la corrosion temporaire après emboutissage ne nécessitant pas de huilage des pièces avant assemblage
• Absence de décarburation
• Excellente résistance à la corrosion perforante, utilisation actuelle en zones sèches et humides (bavolets par exemple) du véhicule

L'Usibor^® 1500-GI galvanisé Zn (pour process d'emboutissage indirect uniquement) et l'Usibor^®-GA galvannealed ZnFe (pour process direct ou indirect) viennent maintenant compléter l'offre revêtement.

Deux fiches de données de sécurité sont disponibles, une pour le produit à la livraison (avant traitement thermique) et l'autre pour le produit après le traitement thermique. Il n'y a pas de précautions particulières propres à ces aciers.

Les aciers Usibor^® sont particulièrement adaptés pour toutes les pièces automobiles de structure nécessitant une très bonne résistance en anti-intrusion lors d'un crash.

Les applications les plus courantes sont :

• Poutres de pare-chocs avant/arrière
• Renforts de portière
• Renfort de montant de baie
• Renfort de pied milieu
• Renforts de plancher
• Renfort de tunnel
• Traverse de tablier
• Traverses de pavillon

Les acier Ductibor^® peuvent être proposés en association avec l'Usibor^® sous forme de flans soudés laser (Laser Welded Blanks - LWB) permettant d'obtenir des pièces embouties à chaud présentant des caractéristiques localement plus ductiles que l'Usibor^®. Cette solution répond aux besoins de contrôler très précisément les déformations de zones particulières du véhicule lors du crash (exemple d'un renfort pied milieu), et d'élargir le spectre d'utilisation d'aciers emboutis à chaud aux pièces d'absorption d'énergie (exemple d'un longeron).

Les applications potentielles des flans soudés laser Usibor^® 1500 - Ductibor^® 500 sont:

• Longeron avant (partie avant, coude et extension sous plancher)
• Longeron arrière
• Renfort pied milieu (partie haute en Usibor^® 1500, partie basse en Ductibor^® 500)

ArcelorMittal dispose d'un ensemble de données relatives à la mise en forme et aux propriétés d'emploi des aciers pour formage à chaud. Pour intégrer ces aciers dès la conception, une équipe d'experts est en mesure de réaliser des études spécifiques soit à partir de modélisation, soit à partir d'essais de caractérisation.

Propriétés mécaniques indicatives après emboutissage à chaud (1) + recuit peinture (2)

Ces propriétés sont seulement indicatives car elles dépendent directement du process de l’emboutisseur à chaud.
A_50mm % : Allongement à rupture (en %) après fracture sur base d’un échantillon de longueur utile L₀ = 50 mm (ISO 6892-1 type 1 (ASTM12.5x50) or type 3 (JIS25x50))

(1) Traitement thermique du type 880°C-930°C pendant 5 à 10 minutes suivi d’une trempe entre les outils d’emboutissage. Les valeurs indiquées sont toujours atteintes avec des outils plats suffisamment refroidis (vitesse de refroidissement > 50°C/s).
(2) Simulation de la cuisson peinture : traitement thermique de 170°C pendant 20 minutes.
(3) Les allongements à rupture A% mesurées sur éprouvettes (ISO20x80) sont données à titre indicatif, l'angle de pliage est un critère plus pertinent pour évaluer la ductilité du materiau lors d'un crash.
(4) Angle de pliage à Fmax mesuré selon le standard VDA238-100 sur une éprouvette de 1,5 mm.
(5) Ductibor 500: YS > 330 MPa pour une épaisseur < 1.2 mm et YS > 350 MPa pour une épaiseur > 1.2 mm.
(6) la valeur dépend des conditions de chauffage (atmosphère, temps de séjour) et du sablage.

Pour plus d'informations, nous vous invitons à télécharger les fiches portant sur les courbes de traction typiques et les lois physiques associées.

Avant traitement thermique, la microstructure de l'Usibor^® 1500 montre une matrice ferrito-perlitique.

Le revêtement à l'état de livaison de l'Usibor^® 1500-AS se répartit en une couche d'alliage ternaire à l'interface acier-revêtement et une couche d'aluminium silicium libre.

Après traitement thermique et trempe, la microstructure est 100% martensitique.

Le revêtement AlSi de l'Usibor^® 1500-AS s’est transformé dans le four (réactions d’interdiffusion et de solidification), formant différentes couches d’intermétalliques AlSiFe protectrices et parfaitement adhérentes.

Les Usibor^® -AS et Ductibor^® -AS ont été développés pour ëtre compatibles avec un procédé d'emboutissage à chaud direct : austénitisation des flans dans des fours, emboutissage et trempe de ces flans dans des outils refroidis. Toutes les déformations se font « à chaud ». Les pré-déformations à froid des Usibor^®-AS et  Ductibor^® -AS avant le traitement thermique d'austénitisation sont déconseillées. L'Usibor^® 1500-GI n'est pas compatible avec le procédé d'emboutissage à chaud direct. Les pièces embouties à chaud en Usibor^®-AS et Ductibor^® -AS ne présentent aucune micro-fissure dans le substrat.

Nous consulter pour toutes données et conseils relatifs à l'emboutissage à chaud des nuances Usibor^® et  Ductibor^®.

Les qualités Usibor^® 1500-GI, Usibor^® 1500-GA et 22MnB5 présentent une bonne aptitude à la mise en forme à froid, elle peuvent être utilisées avec un procédé indirect.

Après emboutissage à chaud et trempe, la surface des pièces en Usibor^® 1500-AS est prête à être peinte directement, sans opération de nettoyage du type grenaillage. La rugosité de surface élevée sur pièce permet une excellente adhérence de la cataphorèse même sans accroche de la phosphatation. La composition des bains de phosphatation n'a pas à être modifiée et aucune pollution n'est constatée.

Les pièces en Usibor^® 1500-GI doivent être nettoyées (par grenaillage par exemple) afin de garantir une bonne adhérence de la peinture et une bonne soudabilité.

Les pièces en 22MnB5 sont sytématiquement grenaillées afin d'enlever la calamine en surface, pour garantir ensuite une bonne aptitude à la peinture.

Les acier Usibor^® et Ductibor^® présentent une bonne soudabilité par points, aussi bien pour des assemblages homogènes qu'hétérogènes, tant à 50 Hz qu'à 1000 Hz.

Les domaines de soudabilité sont larges et les tenues mécaniques des assemblages (traction, cisaillement) sont conformes aux exigences des constructeurs automobiles et aux normes. Grâce à la nature de la couche alliée obtenue après emboutissage à chaud, la durée de vie des électrodes de soudage est considérée comme très bonne (plusieurs milliers de points sans dégradation) par rapport aux revêtements métalliques conventionnels. Les soudages MAG, MIG et tous les procédés conventionnels, y compris le brasage, peuvent être employés.

Sur la base d'une longue expérience pour la caractérisation de ces produits en soudage par points et en soudage à l'arc, ArcelorMittal est en mesure d'apporter une assistance technique pour l'adaptation des paramètres de soudage.