La technologie de rivetage permet des fixations légères en magnésium pour une économie de carburant

La technologie de rivetage permet des fixations légères en magnésium pour une économie de carburant

La nouvelle technologie de rivetage à marteau rotatif de PNNL permet d’utiliser des rivets légers en magnésium sans préchauffer les rivets. Le processus est également plus rapide que le rivetage conventionnel. Crédit : Andrea Starr | Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique

Si Rosie the Riveter avait accès à une nouvelle technologie de rivetage, le personnage de la renommée de la Seconde Guerre mondiale aurait pu travailler plus rapidement et fabriquer des produits plus légers. Aujourd’hui, une nouvelle technique de rivetage brevetée développée par le Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) facilite la formation du magnésium léger et réduit le temps nécessaire pour joindre chaque rivet.

Le magnésium est l’un des métaux les plus légers, ce qui le rend idéal pour une meilleure économie de carburant dans les véhicules. Mais il traîne derrière l’aluminium et l’acier dans l’utilisation industrielle car il est parfois cassant et difficile à façonner en pièces structurelles. La nouvelle technologie de rivetage par friction, appelée Rotating Hammer Riveting (RHR), évite d’avoir à préchauffer le métal pour former le rivet et améliore le joint de fixation. Il travaille également sur les rivets en aluminium, qui sont utilisés dans la construction d’avions. La méthode de traitement est également nettement plus rapide, ce qui permet d’économiser du temps et de l’argent dans la construction d’avions et de véhicules.

Rendre un ancien processus nouveau

Le rivetage est l’une des plus anciennes techniques connues pour assembler différents matériaux. Les anciens Égyptiens utilisaient des rivets en bois pour joindre des poignées en métal à des pots en argile. Le rivetage a ensuite traversé les âges et les civilisations et peut être vu dans les structures romaines, les navires vikings, les armures médiévales et d’autres objets historiques.

Avec l’avènement de nouveaux matériaux aux XIXe et XXe siècles, le rivetage de l’acier est devenu omniprésent dans une vaste gamme d’applications structurelles allant des bâtiments aux ponts et des cuirassés aux avions. Mais le processus de rivetage est resté pratiquement inchangé. Prenez un morceau de métal cylindrique avec un capuchon en forme de champignon à une extrémité, glissez la tige ou la tige dans les trous des deux matériaux que vous souhaitez joindre, puis frappez une extrémité de la tige avec un marteau pour former une deuxième tête qui serre le deux matériaux ensemble.

Essayez de le faire avec un rivet en magnésium et il se briserait probablement. Alors qu’un alliage de magnésium a une résistance élevée pour son poids léger, le magnésium a tendance à être cassant à température ambiante. Ainsi, les rivets en alliage de magnésium sont généralement chauffés pour les rendre suffisamment souples pour être martelés et pliés sans se casser.

Le chauffage de chaque rivet est lent et coûteux, de sorte que les rivets en magnésium sont rarement utilisés bien qu’ils soient 30 % plus légers que les rivets en aluminium qui sont utilisés pour assembler les tôles en magnésium.

Marteler un nouveau type de technologie de rivetage

La technologie RHR, développée par le PNNL, ne nécessite pas de préchauffage des rivets en magnésium. Le procédé, décrit dans le Journal of Magnesium and Alloys, utilise des rivets en magnésium sans préchauffage. Et il le fait quatre à 12 fois plus rapidement, tout en éliminant le temps nécessaire pour préchauffer les rivets dans le rivetage à impact conventionnel et en offrant des avantages supplémentaires de résistance accrue et de propriétés de prévention de la corrosion.

Le RHR est une émanation du soudage par friction malaxage. La technique utilise un petit outil rotatif, appelé marteau. La force de rotation génère de la chaleur par friction et déformation, ce qui ramollit suffisamment le magnésium pour former la tête du rivet tout en mélangeant le dessous de la tête du rivet pour se lier métallurgiquement avec la tôle sous-jacente. Cette fusion de métaux forme une liaison continue qui prévient la corrosion.

« Il a fallu de nombreuses tentatives pour trouver le bon équilibre entre la vitesse de rotation du marteau et la vitesse à laquelle nous l’avons plongé dans le rivet », a déclaré le chercheur principal Tianhao Wang. « Mais nous avons finalement trouvé un point idéal dans la plage de traitement où la tête de rivet n’a pas adhéré à l’outil, ni ne se fissure pendant le processus RHR. »

Le procédé nouvellement breveté déforme le métal de telle sorte que sa structure cristalline est altérée. À l’aide de microscopes à haute puissance, les chercheurs ont pu voir comment les grains étaient raffinés et réorientés pour rendre le magnésium plus formable et plus fort.

Solutions de rivetage pour la construction aéronautique

L’auteur correspondant Scott Whalen note que RHR fonctionne également sur les rivets en aluminium, comme ceux utilisés dans les avions. Avec des centaines de milliers de rivets sur chaque avion commercial, principalement en alliage d’aluminium 2024, Whalen affirme que le processus pourrait réduire les coûts et augmenter l’efficacité de la chaîne de production.

Les rivets en alliage d’aluminium 2024 sont trop résistants pour être rivetés s’ils sont stockés à température ambiante. Ainsi, ils doivent être recuits ou ramollis, puis conservés au congélateur pour les garder souples avant le rivetage.

« Une fois sur la ligne de production, ces « rivets glacières » doivent être utilisés en moins de 15 à 30 minutes, sinon ils deviennent trop durs à riveter », a déclaré Whalen. « Cependant, RHR peut riveter les rivets en aluminium 2024 une fois qu’ils sont complètement durcis, de sorte qu’un stockage au froid n’est pas nécessaire. Cela signifie que les rivets n’auraient plus besoin d’être stockés dans un congélateur, le rivetage n’est pas sensible au temps et les rivets inutilisés ne sont plus doivent être réchauffés et replacés dans un entrepôt frigorifique. »

Technologie de rivetage par friction plus rapide

Le traitement RHR de l’aluminium est extrêmement rapide. Le rivetage conventionnel prend entre 1 et 3 secondes par rivet, tandis que le RHR ne nécessite que 0,25 seconde. Ce gain de temps pourrait se traduire par 40 heures économisées pour 100 000 rivets. « Cela signifierait une semaine complète de moins à consacrer à une fraction d’un seul avion de ligne commercial si le RHR était adopté », a déclaré Whalen.

RHR n’est qu’une des nombreuses technologies de fabrication révolutionnaires pour le traitement des alliages métalliques et des composites développées par PNNL. Ces techniques de traitement en phase solide impliquent de déformer des matériaux sans fondre pour chauffer, mélanger, fabriquer et joindre des métaux et d’autres matériaux. Les matériaux résultants ont des propriétés extraordinaires par rapport à ceux produits par les méthodes de fabrication conventionnelles.


L’appareil colle le métal et le plastique en quelques secondes


Plus d’information:
Tianhao Wang et al, Technique de rivetage par friction pour l’alliage de magnésium AZ31, Journal du magnésium et des alliages (2021). DOI : 10.1016/j.jma.2021.06.004

Fourni par Pacific Northwest National Laboratory

Citation: La technologie de rivetage permet des fixations légères en magnésium pour une économie de carburant (2021, 3 septembre) récupéré le 3 septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-riveting-technology-enables-lightweight-magnesium.html

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