CMM - les composites à matrices métalliques

Les composites à matrice métallique (CMM) renforcés par des particules ou des fibres permettent d'augmenter notablement les propriétés mécaniques avec cependant une problématique de surcoût non négligeable par rapport aux alliages de fonderie traditionnel.

Tambours et disque de de freins de poids lourds en CMM - Etude de faisabilité

Deux familles de CMM

• CMMp - composites à matrice métallique renforcés par des particules
• CMMf - composites à matrice métalliques renforcés par des fibres

Le surcoût des CMMp
Le prix de revient d'uen pièce en CMMp est en général de deux à cinq fois supérieur à celui d'une pièce de fonderie non renforcée mais reste inférieure à une pièce en composite (type polymère-fibre de carbone) qui est environ 10 fois plus onéreuse.

Comparatif de coût - CMM-Aluminium et composites

Fonctionnalités des CMM
L'application leader des CMM est la résistance à l'usure aussi bien en abrasion, en érosion qu'en frottement. Par rapport aux alliages d'aluminium, les CMM possèdent un module d'Young et une limite d'élasticité (Rp0.2) plus élevé de 10 à 15 %. Il est également possible d'adapter le coefficient de dilaltation des CMMp par la quantité de renfort incorporé.

Les CMM commercialisées
Le Duralcan (Alcan) est sans conteste le CMM base aluminium le plus connu et qui a eu le plus de développment industriel. Les particules de renfort les plus utilisés sont le SiC et l'Al2O3 à différents taux d'introduction. Les alliages renforcés typiquement sont l' A356 (Al Si7Mg0.6) et l'A380 (Al Si9Mg0.6).

A356/SiC/20p-T6 signifie que le CMM est à matrice A356 renforcé par des particules de SiC (carbure de silicium) à hauteur de 20 % (en volume) et a subi un traitement T6

Incorporation des particules de renforts
Pour incorporer les particules de SiC à la matrice d'aluminium liquide, le métal liquide est agité vigoureusement sous vide pendant que les particules sont introduites, ce qui a pour effet d'augmenter le mouillage des particules. L'agitateur et les particules peuvent être préchauffées (brevet Duralcan). Le brassage est relativement prolongé (30 à 40 minutes). Après brassage, le composite est coulé en lingot chez le fournisseur. La mise en forme ultérieure peut se faire par moulage gravité (cire perdue, ..), fonderie sous pression ou déformation plastique (extrusion, forgeage).

D'autres technologies (en phase R&D) existent ou ont fait l'objet de développement universitaires (MIT/USA, ...) pour produire des CMM in situ.

Source : Techniques de l'Ingénieur - M2 448-1