La carrosserie automobile - l'acier

Geoffroy R.

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La carrosserie automobile - l'acier

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Thèmes abordés

Carrosserie automobile, acier, industrie des carrosseries automobiles, rentabilité économique, Jindal Vijayanagar Steel Ltd, Inde, matériau polymère, aluminium, absorption de l'énergie, habitacle

Résumé du document

L'industrie des carrosseries automobiles réclame des matériaux de haute technicité, capables de répondre à des cahiers des charges de plus en plus exigeants. Elles doivent être esthétiques (surface, planéité…), dynamiques (résistance aux chocs, déformabilité…), légers (économie d'énergie) et durables (résistance anticorrosion).

Nous allons devoir nous immerger dans l'environnement scientifique, résoudre les problèmes technologiques que nous allons rencontrer sans perdre de vue les impératifs économiques, sociaux et environnementaux. La carrosserie est l'ossature de la voiture. Elle supporte et assemble tous les organes mécaniques, mais son rôle est également de protéger les passagers des intempéries et des différents chocs pouvant survenir au cours d'accidents. Elle est aussi l'élément esthétique le plus important de la voiture.

A l'heure actuelle, trois matériaux sont principalement utilisés dans la création des carrosseries automobiles, à savoir : l'acier (galvanisé), les polymères et les alliages à bases d'aluminium. Cependant, l'utilisation de l'acier reste très largement prédominante dans la fabrication des carrosseries.

C'est pourquoi nous avons décidé d'étudier ce matériau pour notre travail. Les raisons principales de l'utilisation de l'acier dans la fabrication de carrosserie automobile sont le faible coût de production, ainsi que les propriétés de résistance supérieures à celles des autres matériaux.

L'élaboration d'une carrosserie requière tout un panel d'aciers différents. En effet, la carrosserie devant répondre à une multitude de caractéristiques reprises dans le cahier de charge, il serait impossible de conférer à un seul type d'acier l'entièreté des propriétés nécessaires. Nous allons maintenant détailler les aciers les plus utilisés dans la construction de carrosserie automobile.

Les aciers les plus utilisés sont les aciers dits « aciers pour emboutissage », car ceux-ci permettent une mise en forme aisée tout en garantissant les caractéristiques nécessaires, requises par le cahier de charge : contrainte élastique relativement faible, bonne résistance à la fatigue, résistance à la corrosion, bonne absorption d'énergie cinétique... pour ces caractéristiques, ces aciers seront principalement utilisés pour la fabrication du capot, coté de caisse, plancher,…

L'usage d'aciers appelés « bake hardening » est de plus en plus courant dans l'industrie automobile. Ceux-ci subissent une augmentation de leur contrainte élastique après la mise en forme. Ces aciers présentent donc des caractéristiques similaires de mise en forme aux aciers pour emboutissages, mais possèdent un avantage certain en matière de résistance à l'indentation (déformation ponctuelle, explications en annexe 1.1.B). L'utilisation de ces aciers permet donc un allègement de la carrosserie pour un niveau d'indentation donné puisqu'une épaisseur moindre est nécessaire. Ces aciers seront utilisés dans la fabrication de portes, capots...

Un troisième type d'acier particulièrement utilisé par l'industrie automobile sont les aciers dits « IF » car ceux-ci présentent un excellent compromis entre emboutissabilité d'une part (contrainte élastique adaptée, fort coefficient d'anisotropie ) et résistance mécanique d'autre part. Ce durcissement résulte de la mise en solution solide de manganèse, de silicium et de phosphore dans la ferrite. La métallurgie sans interstitiel permet par contre d'en optimiser l'emboutissabilité.

Ces aciers possèdent en outre un coefficient d'écrouissage élevé, ce qui permet une meilleure répartition des déformations et donc une meilleure résistance à l'indentation. Ces aciers sont particulièrement adaptés aux pièces complexes nécessitant simultanément de hautes caractéristiques mécaniques : passages de roues, tabliers, renforts... ils permettent également de réaliser certaines parties plus visibles de la carrosserie telles que par exemple les portes.

Sommaire

La carrosserie
1. Le choix du matériau
2. La chaîne des fonctions
3. Le choix des différents aciers
L'acier
1. Le procédé de fabrication
2. Le revêtement de l'acier
3. Le bilan de matière
4. La structure chimique de l'acier
5. L'endommagement de l'acier par fatigue
Etude économique
Etude des matériaux de substitution
1. Définition et sturucture du SMC
2. Comparaison acier-SMC

Extraits

[...] Remarquons toutefois que la composition chimique de l'acier ne confère pas à celui-ci l'ensemble de ses propriétés. En effet, les traitements thermiques subis par exemple, ou encore les traitements de surface jouent également un rôle déterminant dans ce domaine. Après avoir été moulés dans la lingotière, les demi-produits reçoivent ensuite une finition par divers procédés de chauffage, de laminage et de revêtement B. Élaboration de l'acier sans passer par la fonte. Le four électrique permet d'effectuer un affinage très poussé. [...]

[...] De fait, les procédés doivent souvent faire l'objet de divers réglages et modifications avant que les produits ne puissent être commercialisés. Ce sont les coûts opératoires hors charge de capital, il est donc judicieux de se pencher sur ces derniers : 2. Les coûts opératoires Les charges variables Nous nous sommes, dès que possible, basés sur les quelques données disponibles sur le site de notre usine JVSL. Nous disposions de certains chiffres fournis par notre article de base, que nous aurions pu actualiser. Cependant, nous avons décidé d'effectuer des recherches afin de connaître les tendances actuelles. [...]

[...] Ce type de structure est appelé la bénite. Par contre, si l'on refroidit la cémentite brusquement jusqu'à température ambiante, non seulement les atomes de fer seront figés et ne pourront passer en configuration de ferrite, mais les éléments de carbone seront eux aussi immobilisés. Il y aura dès lors la même transformation displasive que dans le cas de la bénite et le carbone pur se trouvera expulsé autour de cette formation. Toutefois, étant donné qu'ici l'entièreté des atomes se trouve figée, le carbone est donc dans l'impossibilité de se séparer de la ferrite sous forme de carbure (Fe3C). [...]

[...] Des métaux comme l'or, le cuivre et l'acier doux sont ductiles. Dureté : La dureté d'un matériau est définie comme la résistance qu'il oppose à la pénétration d'un corps plus dur que lui. Par exemple, l'acier est plus dur que l'aluminium, car il est plus difficile à rayer. En d'autres termes, la dureté dépend de la facilité avec laquelle un corps peut déformer ou détruire la surface d'un matériau en y pénétrant dur si contrainte élastique et contrainte de rupture élevée mais attention un corps dur peut être fragile. [...]

[...] ils permettent également de réaliser certaines parties plus visibles de la carrosserie telles que par exemple les portes. Un quatrième type d'acier utilisé est les aciers micro alliés. Ces aciers sont caractérisés par un durcissement par précipitation et un affinement de la taille des grains, ce qui permet d'atteindre de haut degré de résistance tout en limitant les teneurs en éléments d'alliage. Ces produits sont particulièrement destinés aux pièces intérieures de structure : liaisons au sol, pièces de châssis et de renfort . [...]

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