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La demande croissante pour les véhicules à haute efficacité énergétique a fait de l'aluminium (Al) un candidat de premier choix pour l'industrie automobile. Dans le but de rencontrer les objectifs actuels de réduction de masse, l'Al sous sa forme extrudée est introduit dans la conception de composants d'absorption d'impact. Ceux-ci incluent notamment les pare-chocs, qui requièrent une résistance mécanique, une ténacité et une résistance à la corrosion élevées. Alors que certains alliages de la série 7XXX (Al-Zn) permettent de rencontrer les devis des constructeurs automobiles, leur coût élevé, leur soudabilité médiocre et leur mauvaise recyclabilité rend leur utilisation non viable. Parmi les autres alliages d'extrusion, ceux de la série 6XXX (Al-Mg-Si) sont de bons candidats vu leur facilité de fabrication, leur extrudabilité et leur plus grande possibilité à être recyclés. Cependant, aucun d'eux ne permet actuellement de rivaliser avec les alliages Al-Zn en matière de résistance mécanique pour l'application considérée. Conséquemment, de nouveaux alliages Al-Mg-Si aux propriétés améliorées doivent être développés, un processus long et coûteux. La stratégie adoptée dans le cadre de ce projet consiste à utiliser un appareil d'extrusion à échelle réduite pour réaliser l'extrusion d'une série d'alliages expérimentaux Al-Mg-Si en laboratoire. Cette approche a permis de réduire au minimum le nombre d'essais d'extrusion à être effectués en usine, limitant ainsi le coût et le temps requis au développement d'alliages. Les travaux abordés concernent le développement de cet appareil, qui doit permettre de simuler le procédé industriel. Ce dernier est conçu et fabriqué, puis utilisé pour extruder un alliage expérimental Al-Mg-Si à l'aide duquel les paramètres d'opération de l'appareil ont été optimisés. Ce même alliage a également été extrudé en usine. Les profilés produits à partir des deux procédés sont comparés en termes de propriétés mécaniques, de microstructure et de résistance à la corrosion intergranulaire. Finalement, le comportement en extrusion de l'alliage étudié est comparé à celui d'alliages commerciaux. Les extrusions produites en laboratoire possèdent des propriétés mécaniques et une résistance à la corrosion supérieures à celles produites en usine. La solubilisation complète des éléments d'alliage et l'atteinte d'un taux de refroidissement élevé sont majoritairement responsables de la résistance élevée obtenue. En plus, les conditions thermomécaniques moins sévères pour l'extrusion en laboratoire permettent l'obtention d'une structure de grains fibreuse et homogène, idéale pour la résistance à la corrosion intergranulaire. Comparativement à l'alliage commercial AA6082, l'alliage expérimental étudié possède une limite élastique 12% supérieure. En revanche, sa formabilité est 10% moins élevée et sa plage de mise en solution est plus étroite. L'extrudabilité attendue est donc plus faible. L'appareil développé pourra être utilisé pour comparer le potentiel de plusieurs alliages expérimentaux pour l'application considérée, facilitant ainsi le développement d'alliages Al-Mg-Si. Les conditions optimales obtenues en laboratoire, de même que les propriétés qui en découlent pourront être utilisés comme référence pour guider l'optimisation du procédé industriel. / The growing demand for fuel efficient vehicles renders aluminum a top candidate for the substitution of steel in the automotive industry. To fulfill the current need for weight reduction, Al in its extruded form is introduced into the design of crash components, such as bumpers, requiring high strength, high toughness and excellent corrosion resistance. As some 7XXX (Al-Zn) series alloys satisfy the requirements of car manufacturers in terms of tensile properties, their poor weldability, recyclability and high cost make them uninteresting to use. Among other Al extrusion alloys, the 6XXX (Al-Mg-Si) series alloys are promising due to their ease of recycling and processing. However, none of them can currently compete with Al-Zn alloys for the considered application with respect to tensile properties. As a result, novel Al-Mg-Si alloys with enhanced properties must be developed, which in some instances can be an expensive and time-consuming procedure. The alloy development strategy adopted consists of using a lab-scale extrusion apparatus to extrude a series experimental Al-Mg-Si alloys. This approach allows to minimize the number of experiments conducted at the industrial level, therefore the cost and lead time of alloy development process. This work focuses on the development of the lab-scale Al extrusion setup, which aims to simulate the industrial process. The machine was designed and fabricated. It was then used to extrude an experimental Al-Mg-Si alloy and optimize the process parameters. Afterwards, the same alloy was also extruded on an industrial extrusion press. Profiles produced using both processes are compared in terms of mechanical properties, microstructure and intergranular corrosion resistance. Finally, the extrusion behavior of the experimental alloy investigated is also compared with that of other commercial alloys. The lab-scale process led to higher tensile properties and intergranular corrosion resistance than the industrial process. The less severe thermomechanical conditions generated through lab-scale extrusion generated a homogeneous and totally fibrous grain structure, while extrusions produced in industry exhibit coarse recrystallized grains at the surface of the extruded specimens (PCG). Furthermore, the lab-scale setup allowed complete dissolution of alloying elements and its quench system can attain high cooling rate. Elevated tensile properties and intergranular corrosion resistance can therefore be attained. Compared to the commercial alloy AA6082, the experimental alloy studied exhibit a yield strength 12% superior. However, its formability is 10% lower and its solutionizing temperature range is narrower. Hence, the expected extrudability is decreased. The lab-scale apparatus developed may be used to compare the potential of many experimental AA6XXX alloys for the considered application, thus facilitating alloy development. The optimal conditions obtained at the lab-scale as well as the resulting properties may be used as a reference to guide the optimization of the industrial process.

Le monde des matériaux polymères fait face à de nombreux défis environnementaux car les ressources qu'il utilise ne sont généralement pas renouvelables. Une façon de pallier ce problème est de combiner des fibres naturelles renouvelables avec des polymères. Il faut cependant assurer une bonne adhérence interfaciale entre les deux phases afin de produire de bons composites. Les techniques existantes pour ce faire ont des limites d'implantation à grande échelle ou utilisent des substances possiblement dommageables pour l'environnement. Une solution qui pourrait permettre de résoudre ces problèmes est proposée dans le présent travail de recherche: l'extrusion à froid. Les facteurs suivants ont été testés sur les composites produits: la concentration de polymère et de fibres, la taille des fibres, le séchage des fibres et la configuration des vis de l'extrudeuse. Afin de vérifier l'efficacité relative de l'extrusion à froid, une technique de compatibilisation appliquée sur les fibres et reconnue comme efficace a été effectuée sur certains échantillons pour comparer son effet à celui de l'extrusion à froid: le traitement en solution et l'ajout d'agent couplant. Des échantillons ont aussi été produits par extrusion à chaud (état fondu) sans compatibilisation afin de comparer l'extrusion à froid avec l'absence de traitement (échantillon de contrôle). Les analyses effectuées sur les fibres traitées ont montré que le traitement standard a été efficace, mais les analyses morphologiques effectuées sur les composites ont montré que l'extrusion à froid ne permettait pas de compatibiliser le polymère et les fibres. Les analyses mécaniques ont montré que l'extrusion à froid n'apportait que très peu de différence aux propriétés mécaniques, comparativement au traitement fait sur les fibres. On peut donc conclure que cette technique,sous sa configuration actuelle,ne permet pas de compatibiliser les phases présentes et plus de travail est nécessaire pour améliorer les résultats obtenus. / The world of polymeric materials is facing several environmental challenges since the resources its using are generally non-renewable. One way to alleviate this problem is to mix natural fibers with polymers. The problem that needs to be solved to produce good composites based on polymers and natural fibers is their lack of interfacial adherence. The existing techniques to achieve this have limitations regarding their large-scale implementation or use chemicals that are potentially harmful to the environment. A potential solution to solve these problems is explored in this research work: cold extrusion. These factors were tested on the composites produced: the concentration of polymer and fiber, the fibers size, fiber drying and screw configuration of the extruder. To assess the efficiency of cold extrusion, a compatibilization technique was also applied to the fibers (solution treatment and coupling agent addition) and tested on some samples to compare its effect compared to that of cold extrusion. Some samples were also produced by standard hot (melt) extrusion without compatibilization to compare cold extrusion to the case without treatment (control sample). The analysis performed on the treated fibers showed that the fiber treatment was effective, but a morphological analysis performed on the composites showed that cold extrusion did not yield a compatibilization between the polymer and the fibers. Mechanical analysis showed that cold extrusion led to very little change in the mechanical properties as compared to the fiber treatment. It can be concluded that this technique,under its current configuration,does not compatibilize these phases and more work is needed to improve on these results.

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Call number: LD2668 .T4 1978 C32 / Master of Science

published_or_final_version / Mechanical Engineering / Master / Master of Science in Engineering

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An annular control valve was developed for the extrusion of wood slurries and polymers. The objective was to determine the optimal valve geometry: (1) to provide a linear pressure drop across the valve as a function of valve opening and (2) to eliminate the problem of valve plugging caused by the high solid content of the wood slurries. The approach was to model the non-Newtonian flow in a plasticating single-screw extruder. A finite-difference scheme was developed to model the flow through annular surfaces. The two flow equations were solved simultaneously and a parametric study was performed to determine the optimal valve geometry. The valve operability was evaluated for the extrusion of various mixtures of low-density polyethylene, sawdust, wood flour, and vacuum bottom. The experimental results were in good agreement with the model. In general, a linear valve characteristic was observed and the problem of valve plugging was not evident.

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