Réduire le poids et augmenter la résistance

De nouvelles nuances d'aciers innovantes à hautes performances connaissent une évolution rapide. Outre une plus grande solidité et de meilleures performances en termes de sécurité dans certaines applications par rapport à l'acier doux, elles contribuent à alléger les constructions, ce qui diminue la consommation de carburant et, au final, contribue à un monde plus respectueux de l'environnement.

L'acier avancé à haute résistance (AHSS) et l'acier à ultra haute résistance (UHSS) contribuent à révolutionner le secteur automobile en particulier, et l'acier Docol® participe à cette révolution. Dans les voitures modernes de quasiment tous les principaux constructeurs automobiles du monde, il est utilisé dans un nombre croissant de composants, depuis les armatures de siège et les poutres de protection de toit et contre les chocs latéraux, jusqu'aux amortisseurs.

Les points forts de l'acier Docol® AHSS

La résistance de l'acier Docol® AHSS permet aux concepteurs d'utiliser moins de matériau sans pour autant compromettre les performances structurelles. Les aciers double phase et martensitiques sont disponibles avec de très hautes résistances initiales. Ils présentent également un effet d'écrouissage prononcé lors du formage et un effet de durcissement du fait du processus de peinture.

L'effet d'écrouissage se produit généralement à environ 150 MPa à une déformation de 2 %, et l'effet de durcissement correspondant à 50 MPa de plus pour un processus de peinture typique.

Outre les effets d'écrouissage et de durcissement, l'acier AHSS présente également un effet de durcissement sous tension, résistant à des contraintes supérieures à une vitesse de déformation supérieure. Cet effet correspond à une augmentation d'environ 100 MPa pour des vitesses de déformation élevées qui ont lieu localement lors d'un accident de voiture.

Possibilité d'allègement

La haute résistance de l'acier AHSS peut aider à alléger la carrosserie nue, les systèmes d'amortissement, les barres de protection latérales, les structures de siège, etc. Pour souligner pleinement ce potentiel, les chiffres ci-dessous présentent deux exemples théoriques. S'il y a un état de contrainte pure de la membrane dans la tôle (fig. 1a), la contrainte est linéairement proportionnelle à un par-dessus l'épaisseur. S'il y a un état de contrainte pure au pliage, la contrainte est proportionnelle à un par-dessus le carré de l'épaisseur (fig. 1b).

Figure 1 : Action de plaque et de peau

L'intégration d'un matériau capable de résister à des contraintes plus élevées permet de réduire l'épaisseur tout en maintenant un niveau de performances équivalent. La figure 2 montre le potentiel de réduction de poids pour les deux cas théoriques.

Dans les véritables composants de sécurité, l'allègement possible se situe, dans de nombreux cas, entre ces deux extrêmes. Toutefois, le cas de pliage n'est pas une limite inférieure conservatrice car un flambement local peut se produire dans des conceptions plus fines.

Comme le montre la figure 2, l'acier AHSS met davantage l'accent sur des mesures visant à éviter le pliage local de manière à utiliser pleinement le potentiel du matériau. Des mesures doivent être prises pour éviter un état de contrainte pure au pliage. Un moment de pliage global se transmet mieux à l'aide de barres. Les profils ou tubes profilés sont excellents pour concevoir et produire une géométrie optimale qui soutient les moments de pliage.

Figure 2 : Réduction du poids en utilisant l'acier AHSS pour la membrane et les états de contrainte au pliage. La limite d'élasticité des nuances d'acier indiquées correspond à la limite à 2 % d'écrouissage et après peinture.