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Neutralisation et dissolution des intermétalliques de fer dans les alliages Al-Si

Villeneuve Carl. (1998). Neutralisation et dissolution des intermétalliques de fer dans les alliages Al-Si. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

Les alliages hypoeutectiques de type 319 et 380 de même que l'alliage eutectique Al-Si-Mg sont souvent utilisés dans l'industrie automobile en raison de leur excellent rapport poids/résistance et de leur facilité de mise en forme. La présence d'éléments durcissants tels que le cuivre et/ou le magnésium combinés à certains traitements thermiques confèrent aux alliages déjà cités un équilibre optimum entre la résistance mécanique et la ductilité.

La réduction du prix de revient des alliages aluminium-silicium de même que la quantité croissante de rebuts d'aluminium justifient l'utilisation accrue des alliages de deuxième fusion dans le secteur automobile. La forte tendance au recyclage entraîne cependant des titres en fer pouvant parfois atteindre jusqu'à 1.5%. Ce dernier élément est particulièrement néfaste aux propriétés mécaniques lorsque son titre excède 0.7%, puisqu'il favorise la précipitation de la phase P-AlsFeSi qui affaiblit surtout la ductilité. D'après de nombreuses études réalisées, le strontium (Sr), le manganèse (Mn) et le béryllium (Be) permettent de neutraliser en partie les effets nuisibles du fer. Le Sr fragmente la phase (3-AlsFeSi alors que le Mn transforme les aiguilles/plaquettes en écriture chinoise. Quant au béryllium, il est efficace à la fois en affinant la phase p et/ou en la transformant en une nouvelle phase de type BeSiFe2Alg.

Le but de ce travail est de créer une base de données complète se rapportant aux propriétés mécaniques (limite élastique, limite ultime et pourcentage d'allongement à la rupture) des alliages Al-Si-Cu (319.2, 319.1, 380), et eutectiques Al-Si-Mg. Tout d'abord, il s'agit de préciser l'effet du titre en fer de même que d'évaluer l'influence de l'addition d'éléments modifiants/neutralisants tels que le Sr, Be, Mn, Be + Sr et Mn + Cr sur les alliages de type 319 et 380 ayant subi le traitement thermique T6. La deuxième partie qui se rapporte à l'alliage eutectique, étudie la dissolution de la phase (3 en évaluant l'effet de la teneur en fer, l'influence de la modification par le Sr (alliage G6291G), et l'effet de la durée du traitement de mise en solution de 0 à 200 heures à 540°C. La dernière étape consiste à établir un lien entre les propriétés mécaniques obtenues et les caractéristiques de la microstructure, soit le pourcentage de porosités et la longueur et l'épaisseur des aiguilles/plaquettes. Au total, 68 compositions différentes ont été préparées avec un nombre moyen de 6-8 éprouvettes/composition. Également, le mode de rupture à été étudié au moyen de la microsonde électronique à balayage.

La fluidité pour les alliages 319.2 et eutectiques non-modifiés et modifiés à été mesurée à l'aide de la technique Ragone dans le but de quantifier l'influence des éléments neutralisants ajoutés aux alliages de base. Aussi, quelques radiographies d'éprouvettes de traction ont été réalisées afin de vérifier la présence de défauts dans la microstructure tels que des porosités et/ou retassures. Ces deux moyens, c'est-à-dire la mesure de la fluidité et les radiographies, servent à s'assurer de la qualité des alliages après coulée.

Les résultats concernant la fluidité indiquent que les éléments alliés ont peu d'influence lorsque la température de coulée est aussi élevée que 735°C. L'augmentation du titre en fer jusqu'à 1.5% dans les alliages 319 et 380 engendre la précipitation de la phase (3-AlsFeSi de très grande taille, ce qui occasionne la formation de porosités importantes tout en affaiblissant la résistance mécanique et la ductilité. Parmi les éléments neutralisants utilisés pour améliorer les propriétés mécaniques, les traitements classiques, soit l'addition de Mn (Mn/Fe -0.7) et de Mn + Cr, s'avèrent très efficaces dans l'amélioration de la limite élastique et de la limite ultime. Ces traitements peuvent être remplacés par l'addition de Sr (~ 0.02%) et de Sr + Be (0.02% Sr, 0.13% Be), ces derniers résultant en des augmentations importantes de l'allongement à la rupture.

Le traitement de mise en solution à 540°C appliqué aux alliages eutectiques Al-Si-Mg non-modifiés et modifiés à haute teneur en fer, accélère la dissolution de la phase (3-AlsFeSi, ceci étant dû à la rejection des atomes de silicium vers l'aluminium et entraînant la décomposition de la phase (3 en un nouveau composé, soit AlôFe. L'alliage modifié montre une réduction maximale dans la longueur de la phase P après 30 heures de mise en solution, comparativement à 10 heures pour l'alliage modifié. Le strontium diminue donc la durée du traitement par la fragmentation initiale des aiguilles/plaquettes.

L'analyse de la microstructure c'est-à-dire de la phase P-AisFeSi et des porosités de même que les observations métallographiques se sont avérées en parfaite logique avec les propriétés mécaniques déjà obtenues. Les réductions dans la taille, c'est-à-dire la longueur et l'épaisseur des aiguilles/plaquettes ainsi que la diminution des pourcentages de porosités sont dus à la transformation de la phase (5 en écriture chinoise (Mn), en plaquettes ségrégées (Mn + Cr), en phase de type Be-Fe (Be, Be + Sr) ou simplement par fragmentation (Sr). Ces changements de morphologies sont directement liés à l'augmentation des propriétés mécaniques.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Mémoire de maîtrise)
Date:1998
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Maîtrise en ingénierie
Nombre de pages:192
ISBN:141230086X
Identifiant unique:10.1522/11622025
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Samuel, Fawzy Hosny
Mots-clés:Alliages aluminium-magnésium-silicium--Propriétés mécaniques, Alliages aluminium-cuivre--Propriétés mécaniques, Silicium--Alliages, Eutectiques, Banques de données, Aluminum-magnesium-silicon alloys--Mechanical properties, Aluminum-copper alloys--Mechanical properties, Silicon alloys, Eutectics, Data libraries, THESE, ADDITION, ALLIAGE, ALSI, ALSICU, ALSIMG, ALUMINIUM, BE, BERYLLIUM, CHROME, CR, DISSOLUTION, FER, INTERMETALLIQUE, MANGANESE, MICROSTRUCTURE, MN, MODIFIANT, MODIFICATION, NEUTRALISATION, SILICIUM, SOLUTION, SR, STRONTIUM, TITRE, TRAITEMENT
Déposé le:01 janv. 1998 12:34
Dernière modification:07 mai 2013 21:55
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