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7 Sep, 2021

La technique de rivetage par friction pourrait rendre le magnésium plus utile

La technique de rivetage par friction pourrait rendre le magnésium plus utile

Le Dr Tianhao Wang avec un échantillon de magnésium riveté par RHR (Rivetage à Marteau Rotatif)

Bien que le magnésium soit connu pour sa légèreté, l’assemblage de ses pièces par rivetage peut être un processus complexe et coûteux en énergie. Une nouvelle technique est censée simplifier ce processus, ce qui pourrait ouvrir la voie à de nouvelles utilisations du métal.

Les rivets sont des broches métalliques en forme de champignon, dont les « tiges » cylindriques sont enfoncées dans des trous alignés dans les deux feuilles de métal à assembler. Le « chapeau » (ou tête) du rivet finit par reposer sur la surface d’une pièce, tandis que la tige dépasse de l’autre. Cette tige est ensuite frappée avec un marteau, ce qui l’étale et l’aplatit. Les feuilles sont ainsi maintenues ensemble par la tête d’un côté et la tige aplatie de l’autre.

Malheureusement, le magnésium ayant tendance à être fragile, un rivet fabriqué avec ce matériau risque de se briser s’il est martelé à température ambiante. Ce problème peut être résolu en préchauffant ces rivets dans un four – afin de les rendre plus souples – mais cela prend du temps et consomme de l’énergie. Par conséquent, les rivets en magnésium ne sont pas très souvent utilisés.

Et si les rivets en aluminium peuvent être utilisés pour assembler des feuilles de magnésium, ils sont environ 30 % plus lourds que leurs homologues en magnésium. Leur utilisation contrebalance donc partiellement les économies de poids réalisées grâce à l’utilisation de tôles en magnésium.

Des scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory de l’État de Washington ont mis au point ce qu’ils prétendent être une meilleure approche du rivetage du magnésium, connue sous le nom de rivetage à marteau rotatif (RHR : Rotating Hammer Riveting). Elle s’appuie sur une technique existante appelée soudage par friction-malaxage.

Le processus commence par l’insertion de la tige d’un rivet en magnésium dans les trous de deux feuilles de magnésium, à température ambiante. Un outil appelé marteau est ensuite poussé contre l’extrémité de la tige. Malgré son nom, ce marteau n’est pas comme celui de votre boîte à outils : il s’agit d’un dispositif cylindrique en métal massif avec une extrémité concave, qui tourne rapidement comme un foret.

Lorsque le marteau tourne contre la tige, il crée une friction qui produit de la chaleur. Cette chaleur ramollit le magnésium, suffisamment pour que la pression exercée par le marteau puisse l’aplatir rapidement.

« 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’enfonçons dans le rivet », explique le chercheur principal, le Dr Tianhao Wang. « Mais nous avons finalement trouvé un point idéal dans la gamme de traitement où la tête du rivet n’a pas adhéré à l’outil et ne s’est pas fissurée pendant le processus de RHR. »

Il est important de noter que cette technique peut également être appliquée à des rivets fabriqués à partir de l’alliage d’aluminium 2024 couramment utilisé. Ce métal étant en fait trop dur pour être utilisé pour des rivets s’il est stocké à température ambiante, il doit d’abord être chauffé pour le ramollir, puis stocké dans un congélateur pour le conserver dans cet état. Il faut ensuite l’utiliser rapidement après l’avoir sorti du congélateur, avant qu’il ne se réchauffe et ne se durcisse à nouveau.

En revanche, si le RHR est utilisé sur des rivets en alliage d’aluminium 2024 non traités, ils s’aplatissent facilement à température ambiante. De plus, l’application de chaque rivet ne prendrait qu’un quart de seconde, alors qu’il faudrait normalement 1 à 3 secondes.

« Si le RHR était adopté, cela signifierait une semaine complète de rivetage en moins sur une fraction d’un avion de ligne commercial », explique le Dr Scott Whalen, auteur correspondant d’un article sur cette recherche.

https://www.pnnl.gov/news-media/riveting-technology-enables-lightweight-magnesium-fasteners-fuel-efficiency

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956721001456