Study of design and thermal treatment of automotive control arm fabricated from A357 semi-solid alloy

The development of lighter and stronger automotive mechanical components has a marked effect on the judicious selection of qualifying metals and its design in modern manufacturing. Aluminum light metals and alloys are known of its high specific strength which makes them materials of choice preferable in the manufacturing of automotive dynamic mechanical components. The semisolid casting (or semisolid forming SSF) is considered as an effective technique for producing aluminum alloys of superior quality and performance compared to traditional casting techniques. The lower control arm in automotive suspension system is the mechanical component responsible of linking the wheels of the vehicle to the chassis. It is a part of vehicle unsprung mass, and its lightweight is of great importance to increase vehicle efficiency and decrease its fuel consumption. A new trend is to manufacture this part from Aluminum alloys due to its lightweight, high specific strength and better corrosion resistance than steel. This current study deals with the design and development of qualifying lower control arm manufactured from A357.0 Aluminum semi solid alloys using SEED (Swirled Equilibrium Enthalpy Device) Rheocasting technique. This research work covers the study of innovative heat treatment cycles for enhancing the strength and fatigue mechanical properties of the alloy investigated. This study also aims at investigating the design parameters of control arm and proposing an innovative design which is lighter and more efficient than conventional one. Finally, the fatigue life and performance of the control arm are studied for the specific heat treatment cycles applied on applicable control arm parts investigated. The results reveal superior mechanical performance regarding strength, ductility and fatigue life of the aging cycle WC3 compared to standard T6 conditions. The results of fatigue testing show double fatigue life of the aging cycle WC3 compared to T6 condition. On the other hand, the modified trussed design has proven to provide better stress distribution and lower Von-Mises stress than the conventional design. The modified design is also lighter than the conventional design, making it more efficient for the use in automotive applications. Le développement de composants mécaniques automobiles plus légers et plus solides a un effet marqué sur la sélection judicieuse des métaux éligibles et sa conception dans la fabrication moderne. Les métaux légers et alliages d'aluminium sont connus pour leur résistance élevée qui en fait des matériaux de choix dans la fabrication de composants mécaniques dynamiques pour les automobiles. Le moulage semi-solide est considéré comme une technique efficace pour produire des alliages d'aluminium de qualité et de performances supérieures par rapport aux techniques de moulage traditionnelles. Le bras de suspension inférieur du système de suspension automobile est le composant mécanique chargé de relier les roues du véhicule au châssis. Il fait partie de la masse non suspendue du véhicule, et son poids léger est d'une grande importance pour augmenter l'efficacité du véhicule et réduire sa consommation de carburant. Une nouvelle tendance est de fabriquer cette pièce à partir d'alliages d'aluminium en raison de sa légèreté, de son haut rapport de résistance/poids et de sa meilleure résistance à la corrosion que l'acier. La présente étude porte sur la conception et le développement d'un bras de suspension inférieur admissible fabriqué à partir d'alliages semi-solides en aluminium A357.0 utilisant la technique de Rhéocasting SEED (Swirled Equilibrium Enthalpy Device). Ce travail de recherche porte sur l'étude de cycles de traitement thermique innovants pour améliorer les propriétés mécaniques de résistance et de fatigue de l'alliage étudié. Cette étude vise également à examiner les paramètres de conception du bras de suspension et à proposer une conception innovante plus légère et plus efficace que la conventionnelle. Enfin, la durée de vie en fatigue et les performances du bras de suspension sont étudiées pour les cycles de traitement thermique spécifiques appliqués aux pièces examinées du bras de suspension. Les résultats révèlent des performances mécaniques supérieures en termes de résistance, de ductilité et de résistance à la fatigue du cycle de vieillissement WC3 par rapport aux conditions T6 standard. Les résultats des tests de fatigue montrent une durée de vie doublée en fatigue du cycle de vieillissement WC3 par rapport à la condition T6. D'un autre côté, la conception en treillis modifiée s'est avérée offrir une meilleure répartition des contraintes et une contrainte Von-Mises plus faible que la conception conventionnelle. La conception modifiée est également plus légère que la conception conventionnelle, ce qui la rend plus efficace pour une utilisation dans les applications automobiles