L'acier au bore trempé à la presse est un acier à très haute résistance utilisé dans une variété d'industries, avec une application particulièrement importante dans l'industrie automobile. Une grande partie des constructeurs automobiles utilise de l'acier au bore pour les composants de structure et les systèmes anti-intrusion dans les automobiles, car il offre une résistance élevée et un potentiel d'économie de poids, permettant des voitures plus fortes mais plus légères, avec une sécurité accrue des passagers.

Dans l'industrie automobile, une méthode d'assemblage majeure est le soudage par points par résistance, avec plusieurs milliers de soudures réalisées sur une seule voiture. Le soudage par points expose la tôle d'acier au bore directement en dessous à des températures très élevées, provoquant le dépassement de la température de fusion du métal, puis sa solidification rapide lors du refroidissement. Il en résulte une zone affectée par la chaleur, où les matériaux environnants se contractent et les microstructures sont altérées.

Il est important de comprendre les effets exacts du soudage par points sur l'acier au bore, les zones affectées thermiquement pouvant présenter une dureté réduite, ce qui peut à son tour raccourcir la durée de vie du matériau. Pour étudier la corrélation entre la dureté et la contrainte résiduelle, les mesures doivent être prises sur le même point de soudure. Par conséquent, une méthode non destructive de mesure de la contrainte résiduelle doit être utilisée afin que la soudure puisse être sectionnée par la suite pour les essais de dureté. Les méthodes non destructives comprennent l'électron, Diffraction des rayons X et des neutrons ; cette dernière a été la méthode choisie car le faisceau de neutrons a un volume de jauge cubique, qui est le plus adapté à la géométrie de l'échantillon donné.

Une récente collaboration entre l'ILL, WMG à l'Université de Warwick, Tata Acier, et le Engineering and Physical Science Research Council (EPSRC) a mené une étude pour étudier la corrélation entre la dureté de l'acier au bore et la contrainte résiduelle. Tata Steel a fourni les tôles d'acier au bore pour les expériences, qui ont été réalisées par les chercheurs du WMG sur la ligne de lumière SALSA (Stress Analyzer for Large-Scale Applications) de l'ILL. La diffraction des neutrons a été choisie comme méthode de mesure de la contrainte résiduelle dans cette étude en raison de sa capacité à pénétrer des matériaux lourds tels que l'acier au bore, et la résolution plus fine qu'il fournit. Les distributions de dureté ont été mesurées sur les mêmes soudures.

Cette étude a déterminé expérimentalement pour la première fois une forte corrélation entre la dureté réduite dans les zones affectées par la chaleur des soudures par points en acier au bore et l'augmentation de la contrainte résiduelle. Les résultats ont indiqué la nécessité de développer de nouvelles méthodes de soudage qui n'ont pas le même impact dommageable que le soudage par points, d'autant plus qu'il n'y a rien à faire pour éviter la réaction de dureté réduite lors de l'utilisation du soudage par points sur l'acier au bore.

Dr Neill Raath, Chercheur à WMG, et le chercheur principal de cette étude déclare :« Nos futurs travaux porteront sur deux méthodes permettant d'éviter ce problème :le soudage par impulsions magnétiques, qui n'utilise pas de chaleur et ne provoque donc pas de zone affectée par la chaleur, et traitement thermique post-soudage, qui inverse la réduction de dureté causée par le soudage par points. Cela sera particulièrement important pour les industries qui utilisent de l'acier au bore, à savoir les industries automobile et agricole, ainsi que les développeurs de matériaux qui peuvent utiliser les données pour la modélisation et les simulations destructives dans leur propre travail."

Docteur Thilo Pirling, scientifique de l'ILL à la tête de l'équipe SALSA, dit :« La ligne de lumière SALSA est un instrument bien adapté pour cette étude, étant spécialisé dans la détermination des contraintes résiduelles dans une large gamme de matériaux d'ingénierie, y compris les aciers. Il permet également de placer des structures plus grandes dans la ligne de lumière. Dans ce cas, le caractère non destructif de la technique a permis d'analyser efficacement la corrélation d'intérêt, car les profils de dureté ont pu être déterminés sur la même soudure après les tests de diffraction des neutrons pour les contraintes résiduelles."

Cette étude a mis en évidence le besoin de méthodes de soudage alternatives qui peuvent prolonger la durée de vie de l'acier au bore largement utilisé à son plein potentiel. Avec plusieurs milliers de soudures réalisées sur une seule voiture, les futurs travaux sur les techniques de soudage non destructif et les traitements post-soudage par points permettront aux composants en acier au bore des voitures de conserver leur dureté et d'éviter les contraintes résiduelles. Surtout, cela offrira en fin de compte une sécurité des passagers de premier plan dans des véhicules plus solides mais plus légers.