Fiat - Test de résistance aux cycles thermiques

Développé par Fiat Chrysler Automobiles (FCA) (aujourd'hui Stellantis), constructeur automobile italo-américain, le test de résistance aux cycles thermiques est un test de durabilité environnementale utilisé dans l'industrie automobile pour évaluer la résistance des matériaux, des composants et des pièces intérieures et extérieures aux variations répétées de température, élevées et basses, au fil du temps. Ce test sert fréquemment de référence dans les spécifications des matériaux et des composants Fiat pour vérifier leur durabilité thermique à long terme.

Les pièces automobiles sont soumises à une dilatation et une contraction thermiques continues tout au long de la durée de vie du véhicule. Un composant peut être soumis à :

• Débuts froids de l'hiver
• soleil d'été réchauffant
• chocs thermiques liés au chauffage, à la ventilation et à la climatisation (CVC)
• température du compartiment moteur
• Cycles répétés de stationnement et de charge solaire

Les tests de résistance aux cycles thermiques confirment que des cycles thermiques répétés n'entraînent pas les conséquences suivantes :

• fissuration
• inclinaison
• Séparation des couches
• Perte d'adhérence
• Instabilité dimensionnelle
• Blanchiment de surface
• défaillance du joint
• panne électrique
• Résistance mécanique réduite

Tester la résistance aux cycles thermiques est particulièrement important pour :

tableaux de bord

• garniture intérieure
• Composants collés
• boîtiers en plastique
• Modules électroniques
• pièces peintes
• Matériaux composites
• zones de déploiement des airbags
• systèmes d'éclairage extérieur

En principe, lors des essais, l'échantillon est exposé à des températures extrêmes qui varient de manière répétée selon un cycle défini. Un cycle thermique typique comprend :

• Exposition à de basses températures
• période de transition
• Exposition à haute température
• étage de contrôle d'humidité optionnel
• Retour aux conditions ambiantes

Les cycles répétés de dilatation et de contraction engendrent des contraintes thermomécaniques au sein du matériau et aux interfaces. Bien que les conditions précises varient selon les spécifications des composants, les programmes de cyclage thermique courants chez Fiat incluent :

• Températures basses : de moins 30 degrés à moins 40 degrés
• Température élevée : +80 degrés à +120 degrés
• Nombre de cycles : 10-1000
• Temps d'attente : entre 30 minutes et 8 heures.
• Taux de transition : contrôlé ou naturel.
• Humidité : optionnelle
• Durée du test : de quelques jours à quelques semaines

Voici un exemple simplifié :

• Étape 1 : Maintenir à -40 degrés pendant 2 heures.
• Deuxième étape : Élévation à +90 degrés
• Troisième étape : Maintenir à +90 degrés pendant 2 heures.
• Quatrième étape : Retour à température ambiante.
• Étape cinq : Répéter pendant 50 cycles.

Les composantes généralement évaluées comprennent :

• Composants internes :
  • Composants du tableau de bord
  • panneaux de porte
  • consoles centrales
  • Accoudoirs
  • Havalandırma delikleri
  • revêtement décoratif
• Composants externes :
  • Boîtiers de rétroviseurs
  • Assemblages de lampes
  • Tampons
  • grilles
  • Couvercles de capteurs
• Composants sous le capot :
  • Attaches
  • Isolation des câbles
  • Réservoirs de stockage de liquides
  • Unités de contrôle électroniques

Les principaux modes de défaillance examinés sont les suivants :

• Fissuration : Des contraintes thermiques répétées peuvent provoquer des fractures dans les plastiques rigides.
• Séparation des couches : Les matériaux multicouches peuvent se séparer en raison de leurs coefficients de dilatation thermique différents.
• Défaillance de l'adhésif : les assemblages collés peuvent s'affaiblir après une utilisation cyclique.
• Déformation : La déformation dimensionnelle peut affecter les tolérances d'assemblage.
• Défauts de surface : Les observations possibles incluent :
  • cloquage
  • Changement de luminosité
  • Blanchiment
  • Signes d'effondrement
• Défaillances électroniques : les connexions de soudure et les assemblages de cartes de circuits imprimés (PCB) peuvent se rompre en raison de la dilatation cyclique.

Les véhicules modernes intègrent de nombreux systèmes polymères et multi-matériaux présentant des comportements de dilatation thermique variables. Par exemple, les comportements de dilatation thermique propres à chaque matériau sont les suivants :

• Acier : Faible dilatation.
• Plastique ABS : Dilatation plus élevée.
• Polypropylène : Très forte expansion.
• Composites en fibres de verre : expansion directionnelle

Lorsqu'ils sont collés, les cycles thermiques créent des contraintes internes. Si aucun test de vérification n'est effectué,

• Des vides peuvent se former dans le revêtement.
• Les coutures de déchirure de l'airbag peuvent s'affaiblir.
• Les composants électroniques peuvent tomber en panne prématurément.
• Des bruits et des cliquetis peuvent se produire.
• L'étanchéité peut être compromise.

Après les tests, les composants sont examinés selon les perspectives suivantes :

• défauts visuels
• Performance fonctionnelle
• Stabilité dimensionnelle
• force d'adhérence
• L'intégrité mécanique
• Continuité électrique
• imperméabilité

Par ailleurs, de nombreuses spécifications Fiat exigent ce qui suit :

• Il ne devrait y avoir aucune fissure visible.
• La déformation permanente ne doit pas disparaître.
• Il ne devrait y avoir aucune déficience fonctionnelle.

Les concepts d'essais de cycles thermiques sont également inclus dans les normes suivantes :

• ISO 16750 Véhicules routiers – Conditions environnementales et essais des équipements électriques et électroniques.
• J1455 Pratiques environnementales recommandées pour la conception d'équipements électroniques destinés aux véhicules lourds.
• CEI 60068-2-14 Essais environnementaux - Partie 2-14 : Essais - Essai N : Changement de température
• LV124 Composants électriques et électroniques des véhicules automobiles jusqu'à 3,5 tonnes - Exigences générales, conditions d'essai et méthodes d'essai.
• Pièces de véhicule PV1200 - Test de durabilité en cycle environnemental (80 degrés / -40 degrés)
• GS 95024 Composants électriques et électroniques des véhicules automobiles - Exigences environnementales et essais

La résistance à la chaleur et la résistance aux cycles thermiques sont en réalité deux concepts différents. La résistance à la chaleur désigne essentiellement ce qui suit :

• température constamment élevée
• Il évalue la stabilité thermique.
• Exposition statique
• Axé sur le vieillissement

En revanche, la résistance aux cycles thermiques désigne ce qui suit :

• Changements de température répétés
• Il évalue les comportements liés à la fatigue.
• exposition dynamique
• Axé sur l'expansion/la contraction.

Un matériau peut résister à une chaleur constante mais peut tout de même se rompre sous l'effet de la fatigue due à des cycles thermiques répétés.

Les essais de résistance aux cycles thermiques sont considérés comme essentiels car ils simulent des années d'utilisation réelle d'un véhicule dans un laps de temps réduit en laboratoire. Ils aident les constructeurs de plusieurs manières :

• Prédire la résilience à long terme
• Améliorer la sélection des matériaux
• Vérification des systèmes adhésifs
• Prévenir les réclamations sous garantie
• Pour assurer la sécurité des passagers.
• Maintien de la précision dimensionnelle
• Fiabilité accrue dans les climats mondiaux

Pour les programmes de qualification de Fiat, le cyclage thermique est considéré comme un test fondamental de vérification de la durabilité environnementale des composants automobiles intérieurs et extérieurs.

Depuis de nombreuses années, notre organisation, forte d'une équipe compétente et expérimentée, comprend les besoins de ses clients, leur fournit les services d'essais avancés requis et les accompagne dans la mise en place, l'application et l'amélioration de leurs systèmes de gestion. Dans ce cadre, nous proposons également aux entreprises des services d'essais de résistance aux cycles thermiques.