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L'identification de la calorimétrie à balayage différentiel (DSC) des conditions de traitement thermique des alliages d'aluminium

Chen Zhixing. (2019). L'identification de la calorimétrie à balayage différentiel (DSC) des conditions de traitement thermique des alliages d'aluminium. Mémoire de maîtrise, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

Les alliages d'aluminium moulés et forgés sont largement utilisés dans l'industrie automobile et aéronautique. Pour répondre aux différentes exigences pour les différentes applications pratiques, divers processus de traitement thermique sont couramment effectués sur les matériaux, tels que le traitement thermique en solution (SHT), le traitement naturel de vieillissement (T4), le vieillissement artificiel (T5), le vieillissement de pic (T6) et le vieillissement excessif (T7) après SHT. Afin de diagnostiquer rapidement le problème de production des pièces liées au traitement thermique, la méthode de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) est utilisée comme outil dans la présente oeuvre pour identifier les diverses trempes de multiples alliages d'aluminium industriel populaire, à savoir la plaque AlSi10Mg0.3Mn obtenue par le moulage sous vide à haute pression (HPVDC), la barre Al-Si-Cu 319 obtenue par la coulée de moulage permanent (PM), et la feuille extrudée Al-Si-Mg 6082, qui peut être utile en établissant une base de données d'empreintes digitales pour les trempes et les alliages selon la capacité de traçabilité de l'histoire thermique effectuée par DSC. Les résultats obtenus peuvent être divisés en ces deux parties. Dans la première partie, la caractérisation sur les courbes DSC après des trempes différents dans trois alliages, a été effectuée. Les résultats ont montré que divers pics sont apparus sur les courbes DSC, qui ont été caractérisées pour identifier les processus de précipitation ou de dissolution de différentes phases métastables. Le nombre de pics ainsi que la forme des pics varient aussi bien avec les trempes, qui sont résultant de leurs différents comportements de précipitation ou de dissolution. Les trempes F (tel que fabriqué) et SHT peuvent être directement séparées des trempes vieillissantes en raison de la différence sur le nombre de pics, qui sont généralement plus nombreux que ces derniers homologues. Avec les gammes de revenus similaires à la température des pics DSC, la hauteur du pic peut être utilisée pour déterminer les différentes limites zone de pic. Avec des phases métastables ayant des précurseurs plus élevés à l'intérieur de l'alliage sous une certaine trempe, le pic DSC correspondant peut être plus élevé de sorte qu'il soit un point essentiel pour différer les trempes similaires, en particulier parmi les trempes vieillissantes. Pendant ce temps, les microstructures, la conductivité électrique et la micro dureté sous diverses trempes sont également étudiés et leurs résultats peuvent bien soutenir l'évolution des courbes DSC au cours des multiples trempes de différents alliages. Et ces résultats compensent également les limites de la technique de DSC pour identifier les conditions semblables parmi quelques trempes vieillissantes. Pour ce qui est de la deuxième partie, la cinétique de précipitation de l'alliage AlSi10Mg0.3Mn à diverses trempes sont étudiées. Certains pics sur la courbe DSC sont utilisés pour calculer des paramètres cinétiques de précipitation, à savoir l'énergie d'activation. Les résultats montrent que l'énergie d'activation du processus de transformation varie significativement parmi différentes trempes; avec la trempe F étant le plus faible parmi les trempes F et SHT et la trempe T5 étant le plus élevé parmi les trempes vieillissantes. Ces résultats peuvent être utilisés pour expliquer l'évolution de transformation de phase pendant le processus de chauffage DSC. En comparant les résultats d'énergie d'activation, les variations de la cinétique de précipitation de certaines trempes peuvent être affectées par les précipités de précurseur correspondants. Les microstructures sont également étudiées par microscopie électronique en transmission (MET), de sorte que la caractérisation de la cinétique de précipitation à la microstructure soit établie. Par conséquent, différentes conditions traitées thermiquement des alliages industriels étudiés, ont été identifiées pour l'établissement de l'empreinte digitale DSC dans cette présente oeuvre.

Cast and wrought aluminum alloys are widely used in automobile and aviation industries. To meet the different requirements for the various practical applications, various heat treatment processes are commonly performed on the materials, such as solution heat treatment (SHT), natural aging treatment (T4), artificial aging (T5), peak aging (T6) and over aging (T7) after SHT. In order to rapidly diagnose the production problem of parts related to heat treatment, the differential scanning calorimetry (DSC) method is used as a tool in present work to identify the various tempers of several popular industrial aluminum alloys, namely AlSi10Mg0.3Mn plate by high pressure vacuum die casting (HPVDC), Al-Si-Cu 319 bar by permanent-mold (PM) casting, and Al-Si-Mg 6082 extruded sheet, which can be useful by establishing a fingerprint database for tempers and alloys according to the thermal history trace ability by DSC. The results obtained can be divided into the following two parts. In the first part, the characterization on DSC curves after different tempers in three alloys has been performed. Results show that various peaks appeared on DSC curves, which have been characterized to identify the precipitation or dissolution processes of different metastable phases. Both the peak number and the peak shape varies with tempers, which are resulted from their different precipitation or dissolution behaviors. F (as-fabricated) and SHT tempers can be directly separated from aging tempers due to the difference on peak number, which are usually more than the latter counterparts. With the similar temperature ranges of the DSC peaks, the peak height can be used to determine the different peak area. With higher precursor metastable phases inside the alloy under the certain temper, the corresponding DSC peak can be higher so that it is an essential point to differ similar tempers, especially among aging tempers. Meanwhile, microstructures, electric conductivity and microhardness under various tempers are also investigated and their results can well support the evolution of DSC curves during the various tempers of different alloys. And those results also compensate the limitations of the DSC technique to identify the similar conditions among some aging tempers. For the second part, precipitation kinetics of AlSi10Mg0.3Mn alloy with various tempers are studied. Certain peaks on DSC curves are used to calculate the precipitation kinetic parameters, i.e., the activation energy. Results show that the activation energy of the transformation process significantly varies among different tempers, with the F temper being the lowest among F and SHT tempers, and T5 temper being the highest among aging tempers. These results can be used to explain the evolution of phase transformation during the DSC heating process. Comparing the activation energy results, the variations of the precipitation kinetics in certain tempers can be affected by the corresponding precursor precipitates. Microstructures are also investigated by transmission electron microscopy (TEM), so that the characterization from precipitation kinetics to microstructure are established. Therefore, different heat-treated conditions of studied industrial alloys have been identified with establishing the DSC fingerprint in the present work.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Mémoire de maîtrise)
Date:2019
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Maîtrise en ingénierie
Nombre de pages:112
ISBN:Non spécifié
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
Liu, Kun
Mots-clés:alliage d'aluminium, analyse de thermogramme, calorimétrie à balayage différentiel, cinétique de précipitation, énergie d'activation, traitement thermique
Déposé le:05 févr. 2020 15:32
Dernière modification:05 févr. 2020 22:12
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