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Investigation and characterization of fluidity and microstructure of recycled AL-B4C materials

Shi Cangji. (2010). Investigation and characterization of fluidity and microstructure of recycled AL-B4C materials. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

Ces dernières années, les composites à matrice métallique (CMM) AI-B4C ont été de plus en plus utilisés comme composants absorbeur de neutrons dans l'industrie nucléaire. Au cours des procédés de fabrication, le processus de déchets de la fonderie et des procédés de transformation (extrusion et de laminage) peut atteindre 50 à 60% du total des matériaux produits. Alors, la nécessité de recycler les composites à matrice métallique AI-B4C devient plus urgent d'atteindre les objectifs environnementaux et de réduire le coût de production. La refusions est une méthode prometteuse de recyclage des rebuts de fabrication en raison de sa simplicité. Pour le processus de coulée de métal liquide, une bonne fluidité est une condition nécessaire afin que les matériaux soient recyclé en utilisant la méthode de refusion. Les caractéristiques de renfort, tels que la taille, la forme et la fraction volumique de particules de céramique ont un effet direct sur la fluidité de composites à base d'Al. En outre, les agglomérats de particules, les ségrégations et dispersion des particules, la présence de films d'oxyde, et l'apparition de la réaction induite par des particules influence les comportements fluidifiant du composite liquide.

L'étude présentée dans ce mémoire porte sur l'évolution de la fluidité de rebuts d'Al-B4C recyclés. Dans ce projet, l'évolution de la fluidité des billettes coulées et et des plaques extrudées du composite Al-10 vol.% B4C, ainsi que lingots et tôles laminées du composite Al-16 vol.% B4C est étudiée par des tests de fluidité sous vide. Afin de comprendre les différents matériaux, une évolution micro structurales des matériaux d'origine, des échantillons prélevés des creusets, ainsi que des échantillons de fluidité avec le temps de maintien est analysé par des microscopes optique et électronique. La morphologie et la distribution des particules de B4C, ainsi que les produits de réaction dans ces échantillons sont quantitativement caractérisées par d'analyseur d'images. De plus, l'influence de la microstructure sur le comportement fluidifiant de ces matériaux est discutée. En outre, les méthodes de caractérisation micro structurale des composites Al- B4C sont développées et présentées dans ce travail de recherche.

Les méthodes ont été appliquées avec succès pour décrire et analyser quantitativement la fraction volumique des particules, la distribution, l'agglomération des particules et la fraction volumique effective. En général, les techniques d'analyse d'images sont introduites pour des mesures quantitatives ultérieures sur des particulesII distinctes. Un paramètre d'homogénéité P appropriées pour la caractérisation de l'homogénéité de distribution est proposé être le rapport de la variance de la distribution des zones de cellules sur la variance correspondantes obtenues à partir d'une distribution aléatoire des particules avec la même quantité de particules. Les agglomérats de particules sous forme de clusters et réseaux induite par les films d'oxyde sont identifiés. Et la fraction volumique effective des particules est introduite afin de refléter la résistance à l'écoulement de la ségrégation et l'agglomération dans une microstructure CMM.

Les résultats montrent que la fluidité des composites a matrice métallique AA6063-10vol.% B4C, coulées ou extrudées diminue quel l'augmentation du temps de maintien. La baisse de la fluidité des billettes coulées est beaucoup plus rapide que celle des plaques extrudées au cours de la période de maintien du métal liquide (8.5 h). Les microstructures des matériaux de récupération, en forme de billettes et de plaques extrudées, sont très différentes. L'extrusion peut considérablement améliorer l'uniformité de la microstructure. On croit que cette différence microstructure à une influence significative sur les particules et sur le comportement à l'écoulement du composite refondu. Au cours de la refusions et de maintien, la distribution des particules solides des billettes coulées devient plus mauvais que celle des plaques extrudées, séchant que les particules issues des réactions s'attachent et se rapprochent particules B4C, le qui indique une forte tendance à former des agrégats. Alors, cela provoque une diminution rapide de la fluidité. D'autre part, les plaques extrudées (rapport d'extrusion: 22:1) montrent une distribution plus uniforme des particules et moins agglomérats des particules, ce qui induit un maintien d'une bonne fluidité.

Dans les composites a matrice métallique AA1100-16 vol.% B4C, la fluidité des tôles laminées est légèrement plus élevé que celle de l'lingot coulés au début de la refusions. Avec le temps de maintien, la fluidité des tôles laminées et lingots coulés diminuait de façon significative. Lors du prolongement du temps de jusqu'à 150 min, la fluidité des tôles laminées est plus ou moins la mêmes que celle les lingots coulés. Au début de refusions, les tôles laminées ont montre une meilleure homogénéité de la répartition des particules, que les lingots coulés en raison de l'effet de l'uniformité de la déformation par laminage. Le pendant, en raison d'une sévère déformation du laminage à chaud (97% taux de réduction), la couche protectrice TiB2 autour des surfaces B4C dans les tôles laminées est sérieusement endommagée. Avec une longue période de maintien, la fraction volumique effective des tôles laminées augmente plus rapidement du à une sévère réaction interraciale et une tendance à l'agglomérat des particules. En conclusion, cela conduit à une rapide détérioration de la fluidité au cours de la période de maintien.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Mémoire de maîtrise)
Date:2010
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Maîtrise en ingénierie
Nombre de pages:147
ISBN:9781412316699
Identifiant unique:10.1522/030146750
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):Chen, X-Grant
Zhang, Zhan
Mots-clés:Composites à matrice métallique--Recyclage, Metallic composites--Recycling, Aluminium--Alliages--Viscosité, Aluminium--Alliages--Microstructure, Aluminum alloys--Viscosity, Aluminum alloys--Microstructure, ALB4C, BORE, CARBURE, REFUSION, CARACTERISATION, LINGOT, TOLE
Déposé le:01 janv. 2010 12:34
Dernière modification:18 mai 2016 20:11
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