Les alliages légers d'aluminium (Al), de magnésium (Mg) et de titane (Ti) sont de plus en plus utilisés dans les industries du transport et de la fabrication afin de réduire la consommation d'énergie ainsi que l'empreinte carbone. La Fig. 1 (DuckerFrontier, 2020) montre que l'utilisation de l'Al dans le secteur automobile a connu une croissance énorme ; de 84 livres par véhicule en 1975 à 459 livres en 2020 et 570 livres prévues pour 2030, la majorité de l'utilisation de l'Al étant des pièces moulées. Tous les secteurs de la fabrication d'alliages légers ont connu une croissance significative, en particulier l'industrie de la fonderie.
La première coulée de métaux (or) remonte en fait à environ 4000 avant J.-C., bien qu'une grenouille en cuivre soit la plus ancienne coulée existante actuellement connue, datant d'environ 3200 avant J.-C. (Olsen, 2020). Les technologies de moulage modernes fournissent des composants dans pratiquement toutes les applications industrielles, bien que la solidification soit le point de départ de chaque produit forgé ou en poudre pour la fabrication en aval. La production mondiale annuelle de pièces moulées en métal était d'environ 109 millions de tonnes métriques en 2019, dont environ 17 205 447 tonnes métriques (TM) d'aluminium et 60 138 TM de magnésium (Staff Report, 2021). Les cinq principaux pays producteurs de pièces moulées sont la Chine, l'Inde, les États-Unis, le Japon et l'Allemagne. L'industrie de la fonderie est un pilier fondamental de pratiquement toutes les activités de fabrication, et les technologies de moulage des alliages légers sont essentielles à la durabilité des industries de la fabrication et du transport dans le monde entier.
Les alliages conventionnels de Al, Mg et Ti moulés et leurs procédés de fusion et de coulée sont bien documentés dans les manuels de l'ASM (Avedesian et Baker, 1999, Viswanathan et al., 2008, Anderson et al., 2018), et plusieurs monographies sur l'aluminium (Kaufman et Rooy, 2004), le magnésium (Sahoo, 2011) et le titane (Lütjering et Williams, 2007). Les principes fondamentaux de la solidification pour les alliages moulés et les technologies de procédés de coulée conventionnels ont été documentés dans plusieurs livres publiés depuis les années 1960 (Chalmers, 1964, Flemings, 1974, Kurz et Fisher, 1984, Stefanescu, 2002, Dantzig et Rappaz, 2009). Par conséquent, les alliages moulés conventionnels et les techniques de procédés de coulée ne sont pas examinés dans cet article. Une revue récente de Campbell (2020) a fourni une évaluation critique de divers procédés de coulée en termes de formation de défauts, en particulier les bifilms et les fissures dans les pièces moulées, ainsi que leurs effets négatifs sur les propriétés mécaniques des pièces moulées.
Ici, nous fournissons une revue complète et critique des développements et des innovations qui ont émergé au cours des deux dernières décennies dans la conception d'alliages légers, les technologies de coulée et les procédés émergents basés sur la solidification, en nous concentrant sur les améliorations des procédés pour surmonter certains problèmes fondamentaux liés à la formation de défauts dans les procédés de coulée conventionnels. De plus, nous examinons les tendances futures telles que la simulation de la coulée, la conception et la fabrication multi-matériaux, la fabrication additive et les applications de l'ingénierie computationnelle intégrée des matériaux (ICME) dans la conception des alliages, la fabrication et le développement de produits.
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