Réductions

c)

d)

Figure III-5 : Schématisation des sens d’introduction possible dans les rouleaux lors de laminage asymétrique multi-passes, a) Chemin A, b) Chemin B, c) Chemin C et d) Chemin D.

B.3. Réductions

La réduction appliquée lors du laminage est un point important qui aura un impact sur le résultat obtenu. Le terme ‘réduction’ englobe deux paramètres distincts et liés l’un à l’autre, la réduction totale et le nombre de passes pour l’obtenir (équivalent à la réduction par passe).

Dans la littérature existante sur le laminage de l’AZ31, ces deux paramètres varient d’une étude à l’autre. Cette diversité de conditions expérimentales rend difficile toute étude comparative.

Dans le cadre de cette thèse, il a été décidé d’imposer l’un de ces paramètres, la réduction totale appliquée, à 50 %. L’épaisseur de la tôle sera donc réduite de 2 mm à 1 mm. Ce choix est imposé par l’épaisseur maximale (1 mm) acceptée par la machine de cisaillement utilisée pour effectuer la caractérisation mécanique. Par ailleurs, la valeur de 1 mm demeure assez grande pour permettre des observations et des analyses dans l’épaisseur de la tôle, selon la direction TD. Il reste maintenant à déterminer le second paramètre : cette

réduction de 50 % doit-elle être réalisée en une seule passe ou à l’aide de passes multiples et plus réduites ?

Les deux possibilités, réduction par passes multiples ou par une unique passe, coexistent dans la littérature dans le laminage à chaud de l’AZ31. Cette information est généralement donnée sans plus de détail quand à la justification de ce choix. Huang et al. [Huang 09-c] ont consacré une étude à ce sujet.

Dans leurs travaux, Huang et al. ont fixé la réduction totale à 63 %, elle est atteinte soit par une unique passe, soit par des passes multiples allant de 39 % à 9 % de réduction par passe (respectivement entre 2 et 10 passes). Les essais sont réalisés à chaud, les échantillons et les rouleaux sont tous maintenus à 573 K et avec un ratio de vitesse de 1,167. L’épaisseur initiale est de 4 mm. Le laminage est effectué selon le chemin D.

Huang et al. [Huang 09-c] montrent que la réduction par passe a un impact direct sur la microstructure finale ; plus cette réduction est importante, c'est-à-dire un nombre de passes de plus en plus faible, plus le nombre de bandes de cisaillement contenant des petits grains augmente. Au-delà de 22 % de réduction par passe, les bandes ne sont plus discernables les unes des autres (figure III-6). Cela se traduit par une diminution de la taille moyenne des grains avec l’augmentation de la réduction par passe, sauf pour la réduction la plus importante, 63 %. Dans ce cas, quelques gros grains déformés dans la direction de laminage sont observés. Ces grains contiennent des macles de traction {1012}.

Huang et al. justifient la réduction de la taille moyenne des grains par une recristallisation dans les bandes de cisaillement qui peut intervenir soit en dynamique, soit en statique pendant la remise en température entre chaque passe. Cette recristallisation sera d’autant plus importante que le nombre de bandes de cisaillement augmente avec la réduction par passe. La microstructure particulière, avec de gros grains contenant des macles, observée dans le cas d’une passe unique, résulte certainement de l’absence de traitement thermique après laminage.

En résumé, plus la réduction par passe augmente, plus la microstructure obtenue est homogène et présente une taille moyenne de grains faible. En laminant avec de nombreuses passes de faible réduction, la taille moyenne de grains est légèrement plus élevée, avec une répartition hétérogène, constituée de petits grains concentrés dans des bandes de cisaillement, et de grains grossiers entre ces bandes. Ji et al. [Ji 07] et Jeong et al. [Jeong 08] arrivent à des conclusions similaires.

a) b)

Figure III-6 : microstructure d’échantillons d’AZ31 laminés de manière asymétrique jusqu’à 63 % de réduction totale a) en 10 passes (9 % de réduction par passe) et b) en 4 passes (22 % de réduction par passe) [Huang 09-c]

Dans notre étude, les conditions de température sont différentes de celle de Huang et al. : la tôle est chauffée à 773 K, mais les rouleaux du laminoir restent à température ambiante.

Des essais ont été réalisés avec un nombre de passes et une réduction par passe différentes. La figure III-7 illustre les résultats obtenus.

Un premier échantillon est laminé en une unique passe avec l’entrefer réglé pour une réduction de 50 % (figure III-7a). Cet échantillon n’a finalement atteint qu’une réduction totale de 37 %. Le matériau ne supporte pas de telles déformations. Il se fissure et se fragmente en plusieurs endroits.

Pour le second échantillon, le laminage est effectué en plusieurs passes, avec une réduction par passe de 20 %. La tôle est remise en température avant chaque laminage. La réduction totale de 50 % est obtenue en 3 passes. Le matériau ne s’endommage pas, comme en témoigne l’absence de rupture et de fissure apparente (figure III-7b).

Cette méthode de laminage par passes multiples est ainsi retenue pour le reste de l’étude. Le laminage se fera donc avec des réductions d’environ 20 % par passe et jusqu’à l’obtention d’une déformation totale de 50 % (de 2 mm à 1 mm). La réduction devrait alors être obtenue en 3 passes. Cependant, il a été parfois nécessaire d’effectuer des passages supplémentaires (entre 4 et 5), en raison :

* de la difficulté à régler l’entrefer, avant la première passe, à l’épaisseur initiale de la tôle

* d’une réduction mesurée inférieure à celle attendue, liée à la déformation élastique du laminoir.

a)

b)

Figure III-7 : échantillon laminé de manière asymétrique (15/10), a) en une unique passe de 50 % de réduction et b) en 3 passes jusqu’à 50 % de réduction finale.