Study of the fatigue phenomena on thin brazed aluminium alloys used for automotive heat exchangers
Étude des phénomènes de fatigue sur les alliages d'aluminium brasés de faibles épaisseurs pour les échangeurs thermiques automobiles
Résumé
Nowadays, most of the automotive heat exchangers are made of brazed aluminium sheets. Due to economic and environmental issues, the thickness of heat exchanger components have been reduced. Concomitantly, the stress undergone by the heat exchanger increased which raised the risk of fatigue failure, and particularly on tube for radiators.
In this work, a detailed characterization of the cyclic damage mechanisms in car heat exchangers has been carried out.
The standard material used to make radiator is a very thin (<0.27mm) aluminium sheet composed by 3 layers (4045 /3916/ 4045). To assess the effect of the structure of this “sandwich” on the damage mechanisms, materials composed of a single layer (3916) and composed of 4 layers (4045/3003/3916/4045) have also been studied. All materials have been brazed in similar industrial conditions in order to obtain representative metallurgical and surface conditions.
Fatigue tests at constant stress amplitude have been performed at room temperature, -30°C and 120°C to i) characterize the sandwich structure effect on the cyclic resistance of the studied materials and ii) to study the effect of temperature on the fatigue damage mechanism.
Crack initiation and propagation have been observed by 2D and 3D monitoring techniques. These techniques, in addition to a detailed microstructure characterization of the materials, allowed to clarify the damage mechanisms leading to fracture in fatigue of these thin sheets and, in particular, to point out the key role of the residual clad (left by the 4XXX melting) on the damage mechanisms.
La plupart des échangeurs thermiques automobiles sont fabriqués à partir de tôles d’alumi-
nium brasées dont l’épaisseur a été constamment réduite au cours des dernières années à cause
de contraintes économiques et environnementales. Dans le même temps, les contraintes subies
par les échangeurs thermiques ont également augmenté ce qui a accru le risque de défaillance
par fatigue mécanique, en particulier au niveau des tubes.
Dans cette étude, une caractérisation détaillée des mécanismes d’endommagement cyclique
à l’oeuvre dans les radiateurs de refroidissements automobiles a été effectuée dans le but d’amé-
liorer leur fiabilité.
La matière standard utilisée pour la fabrication des échangeurs, utilisée comme référence dans
ce travail, consiste en une plaque très fine (<0,27mm d’épaisseur) composée de trois alliages
d’aluminium co-laminés (4045/3916/4045). Afin d’évaluer l’effet de la structure de ce « sand-
wich » sur les mécanismes d’endommagement, des matières composées d’une unique couche
(3916) ainsi que de 4 couches (4045/3003/3916/4045) ont également été produites. Toutes ces
matières, ont été brasées dans le but d’obtenir un état de surface et des propriétés mécaniques
représentatives d’un échangeur thermique de série.
Des essais de fatigue à amplitude de contrainte constante ont été réalisés à température am-
biante, -30°C et 120°C pour i) caractériser l’effet de la structure du sandwich sur la résistance
cyclique des différentes matières étudiées et ii) l’effet de la température sur les mécanismes d’en-
dommagement en fatigue.
Les phases d’amorçage et de propagation des fissures ont pu être étudiées par la mise en
place de techniques de suivi 2D et 3D. Ces techniques, couplées à une caractérisation précise
de la microstructure des matières, ont permis de clarifier les mécanismes d’endommagement
conduisant à la rupture par fatigue de ces fines plaques et, notamment, de pointer le rôle clé du
placage résiduel (issu de la fusion du 4045) sur les mécanismes d’endommagement.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...