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Effects of metallurgical parameters on the decomposition of ?-AlFeMgSi phase in AL-SI-MG alloys and its influence on the mechanical properties

Elsharkawi, Ehab. (2011). Effects of metallurgical parameters on the decomposition of ?-AlFeMgSi phase in AL-SI-MG alloys and its influence on the mechanical properties. Thèse de doctorat, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

La formation de la phase intermétallique de fer ^-AlFeMgSi dans les alliages Al-Si- Mg est connue pour son effet néfaste sur la ductilité et la résistance, elle est contrôlée par la teneur en Mg et en Fe de l'alliage, ainsi que par la vitesse de solidification. La présente étude a été réalisée en vue d'enquêter sur tous les paramètres métallurgiques affectent la formation des phases intermétalliques n de fer, et à son tour, le rôle de la phase % en ce qui concerne les propriétés de traction et d'impact des alliages Al-Si-Mg. Les paramètres étudiés incluent la teneur en Mg et en Fe, l'addition de Be, la vitesse de refroidissement, la modification au Sr ainsi que les durées des mises en solution. Une parfaite compréhension de ces paramètres et de leurs effets sur la composition de la phase % des intermétalliques de fer permettra d'élargir la base de données disponibles concernant la formation de cette phase et des méthodes requises pour réduire ses effets négatifs en vue d'améliorer les propriétés mécaniques des alliages Al-Si-Mg.

L'évaluation microstructurale a été réalisée au moyen de la métallographie quantitative en utilisant la microsonde électronique (EPMA) et la microscopie électronique à balayage (MEB). Les résultats indiquent que l'augmentation du Mg ainsi que du Fe augmente la quantité de phase 71-AlMgFeSi formée. Tous les alliages contenant de faibles niveaux de fer, peu importe la teneur en Mg montrent de faible quantité de phase % d'intermétalliques de fer. L'ajout de traces de Be a un effet observable dans la réduction du nombre de phase % formé dans tous les alliages étudiés. Les particules de la phase n d'intermétalliques de Fe semblent s'être ségrégées loin du Si modifié dans les alliages modifiés au Sr, en particulier ceux qui se solidifie à une vitesse de refroidissement faible.

L'effets des différents temps de mise en solution sur la décomposition de la phase TC ont été étudiées afin d'examiner comment ce type de décomposition affecte la chimie de la matrice elle-même. Après 8 heures de traitement thermique à une teneur de %Mg, la phase 7i a montré une décomposition complète sous forme d'aiguilles fines de phase p. La phase TC, cependant, a montré une décomposition partielle en aiguilles de phase P à des niveaux supérieur à 0,4%Mg. Ce type de décomposition a été examiné aux fins de cette étude sur de longues périodes de traitement de mise en solution dans des échantillons d'alliage Al-7%Si- 0.55%Mg-0.1%Fe obtenus à différents taux de refroidissement afin d'évaluer le mécanisme de décomposition des phases Ji-p. Les résultats obtenus montrent que la fraction volumique de la phase Tt-AlFeMgSi diminue de manière significative en prolongeant la durée de mise en solution. Le montant le plus élevé de la phase p nouvellement formée a été observée dans l'intervalle des temps de mise en solution de 60 à 80 heures. Une analyse de la composition chimique de la matrice à l'aide de la spectroscopie dispersive en longueur d'onde (WDS) à différents stades de mise en solution a révélé que la décomposition de la phase 7C-P au cours du traitement thermique résultats d'une nette augmentation de la teneur en Mg dans la matrice. Par ailleurs, aucun changement n'a été observé dans les stoechiométries calculées des phases intermétalliques % et P au cours du traitement thermique pour tous les échantillons des alliages étudiés.

L'étude a également étudié la décomposition de 7ï-AlFeMgSi en aiguilles de phase p au cours de longues périodes de traitement thermique et ses effets sur les propriétés mécaniques des alliages Al-7%Si-0.55%Mg-0.1%Fe. Les résultats obtenus à partir des valeurs calculées de l'indice de qualité montre que le temps de mise en solution optimale pour les alliages modifiés au Sr est de l'ordre de 12 heures. Une utilisation prolongée de la durée de mise en solution conduit à la décomposition d'une grande quantité de la phase % en aiguilles de phase P, environ 85%, ce qui permet une légère amélioration des propriétés de traction à 80 heures par rapport au traitement standard. Cette amélioration peut être attribuée à l'augmentation du taux de Mg dans la matrice résultant de la décomposition de la phase %, et qui est alors disponible pour la précipitation du Mg2Si lors du vieillissement ultérieur.

Une analyse des résultats obtenus à partir des essais de Charpy en utilisant des échantillons non entaillés montre que la plus grande amélioration dans les énergies d'initiation et de propagation est obtenue pour les alliages tels que coulés et traités thermiquement lorsque ces alliages sont solidifiées à une vitesse de refroidissement faible et modifié avec du strontium. Une augmentation du temps de mise en solution améliore les propriétés d'impact des alliages par rapport à l'état tel que coulé. Conformément à cette constatation, le temps recommandé de mise en solution pour obtenir une énergie d'initiation et de propagation maximale est de 20 heures pour tous les alliages étudiés. Les résultats montrent également que les propriétés d'impact sont plus sensibles aux changements qui surviennent dans la microstructure qui résultent de la mise en solution et de la modification au Sr, à savoir, la morphologie du Si eutectique et de la phase %, plutôt que ceux liés aux propriétés de traction, à savoir, à la teneur en Mg dans la matrice.

L'analyse de la fracture a été réalisée en utilisant un microscope à balayage électronique équipé d'un système d'analyse d'élément EDX. Les résultats obtenus montrent que le comportement à la rupture lors des essais de traction et d'impact des alliages Al- 7%Si-0.55%Mg-0.1%Fe sont contrôlés principalement par la morphologie du silicium eutectique. Les intermétalliques de fer de phase n agissent en tant que sites d'initiation de fissures et fournissent un chemin facile pour la propagation des fissures dans les deux alliages, non-modifiés et modifiés au strontium. L'analyse de la fracture de l'échantillon traité pendant 80 heures montre la présence d'aiguilles de phase P nouvellement formées qui fournissent une source supplémentaire pour l'initiation de la fissure, et donc tous les alliages traités pendant 80 heures présentent les valeurs d'énergie les plus bases.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Thèse de doctorat)
Date:2011
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Doctorat en ingénierie
Nombre de pages:189
ISBN:9781412317498
Identifiant unique:10.1522/030259014
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
Samuel, Agnès Marie
Mots-clés:ALLIAGE, ALUMINIUM, MAGNESIUM, SILICIUM, FER, INTERMETALLIQUE, METALLOGRAPHIE, EPMA, MEB
Déposé par:Bibliothèque Paul-Émile-Boulet
URL:http://bibliotheque.uqac.ca
Déposé le:30 janv. 2012 06:52
Dernière modification:07 mai 2013 18:14
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