Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

La fissuration à chaud est un défaut important qui apparaît lors de la solidification des alliages. Alors qu'il existe beaucoup d'études visant à caractériser les alliages de fonderie selon leur susceptibilité à la fissuration à chaud très peu de recherches ont été entreprises sur les alliages d'aluminium de corroyage. Puisque la fissuration à chaud se produit occasionnellement lors de la coulée de ces alliages, par le procédé D.C. (Direct Chili), une étude de ce phénomène devrait être faite pour cette série d'alliages.

Lors de la présente étude, des essais ont été faits, en utilisant la méthode C.R.C. (Constrained Rod Casting), afin de déterminer la susceptibilité à la fissuration à chaud des alliages de corroyage. Quatre alliages d'aluminium commerciaux et une série d'alliages binaires (Al-Si) furent utilisés. H s'agit des alliages AA1050, AA3104, AA5182, AA6111, Al-0,5wt% Si, Al-lwt% Si, Al-l,5wt% Si, Al-2wt% Si et Al-3wt% Si. Afin d'évaluer leur susceptibilité à la fissuration à chaud, deux systèmes ont étés utilisés, soit H.T.S. (Hot Tearing Susceptibility) et F.C. (Footprint Chart). La méthode avec le moule C.R.C. fut efficace lors de l'évaluation des alliages d'aluminium. H fut observé que la susceptibilité à la fissuration à chaud des alliages de corroyage et des alliages binaires avec silicium, pouvait se classer comme suit, en ordre croissant, pour les alliages de corroyage, AA1050, AA5182, AA3104, AA6111, et pour les alliages binaires, Al-0,5wt% Si, Allwt% Si, Al-l,5wt% Si, Al-2wt% Si, Al-3wt% Si.

Cet ordre, pour les alliages de corroyage, correspond bien aux observations typiques faites dans les centres de coulées industriels. Le classement des alliages binaires correspond aussi à quelques études antérieures faites en fonderie.

Une étude de la macrostructure et de la microstructure des échantillons coulés a permis de trouver une corrélation raisonnable entre les différentes structures et la susceptibilité à la fissuration à chaud. Le microscope métallographique, le microscope électronique à balayage, le spectromètre dispersif d'énergie, la dissolution de la matrice et la diffraction X, furent utilisés pour cette étude. Il fut observé que la zone de solidification des alliages, la quantité et la distribution de la phase eutectique, la grosseur de grain, la tension de surface, les phases secondaires, et les composés intermétalliques peuvent être des facteurs importants qui influencent la fissuration à chaud. Néanmoins, il fut constaté que le phénomène de fissuration à chaud ne pouvait être expliqués par un seul mécanisme pour tous les alliages observés.

L'affinage de grain a été fait pour les alliages de corroyage. La méthode d'interception linéaire fut utilisée pour déterminer la grosseur des grains. La méthode "C.R.C." et l'index "H.T.S." peuvent caractériser la sensibilité à la fissuration à chaud des alliages pour différents niveaux d'affinage de grain. L'analyse de la microstructure de l'alliage AA1050, avec ou sans affineur de grain, montre une relation directe entre la tendance à la fissuration à chaud et le degré d'affinage des grains.

Les résultats expérimentaux montrent aussi que l'affinage de grain peut réduire de beaucoup la susceptibilité à la fissuration à chaud des alliages à faible tendance comme les alliages AA1050 et AA5182. Néanmoins, l'affinage de grain n'est pas très efficace sur les alliages à tendance élevée à la fissuration à chaud, surtout pour l'alliage AA6111, même si les grains sont fins et de forme équiaxe. Ceci pourrait s'expliquer par le fait que ces derniers sont hautement alliés et possèdent déjà un grain fin.

L'analyse des surfaces des fissures fut faite pour les quatre alliages de corroyage. Les résultats pour les alliages AA1050, AA3104, et AA5182 démontrent clairement que le liquide eutectique restant, s'introduit dans la région de la fissure et recouvre les surfaces qui étaient séparées. D fut observé que les surfaces des fissures de l'alliage AA6111, qui a la plus haute tendance à la fissuration à chaud, ne contiennent pas de phase eutectique. La composition des phases eutectiques des alliages est probablement le facteur le plus important lors de la fissuration à chaud des alliages. Il fut aussi observé que l'alliage AA3104 est différent, seulement par le fait que l'on peut voir un relief de fracture ductile à l'endroit où les bouts de dendrites se rencontrent alors que l'alliage est dans un état "solide-liquide".