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

Résumé

L'objet de ce travail est l'étude des propriétés mécaniques, de la microstructure et du mode rupture de l'alliage d'aluminium 319.2. Afin de réaliser une étude complète, nous avons utilisé 600 kg d'alliage afin de concevoir un peut plus de 800 échantillons. Ces échantillons ont subi différents traitements thermiques et ils ont été testés sur une machine d'essais de traction pour l'analyse des propriétés mécaniques. Certains échantillons ont été polis pour l'analyse de la microstructure et du mode de rupture. La surface de rupture a été analysée avec un microscope électronique à balayage.

Nous commençons ce travail par une étude bibliographique complète sur les techniques de nettoyages du métal, les traitements thermiques et les caractéristiques mécaniques des alliages de base Al-Si.

Par la suite, nous décrivons les techniques utilisées pour réaliser cette étude. Pour concevoir les échantillons nous avons utilisé deux procédures différentes. Avec la première, nous coulons le métal (735±5°C) directement dans un moule Stahl (450±5°C). Pour la seconde procédure, nous coulons le métal (735±5°C) dans un filtre d'alumine de 1,5 pouce d'épaisseur et avec une distribution de 15 pores par pouce. Le filtre est à la température de 700°C et le moule stahl est à la température de 400±5°C.

Les traitements de mise en solution sont réalisés dans un four conventionnel où nous retrouvons un gradient thermique de 20°C, le second four est à air forcé et la variation de la température est seulement de 2°C. Les échantillons traités dans le four conventionnel sont ceux qui n'ont pas subit de filtration. Les températures choisies sont: 465±10°C, 490±10°C, 505±10°C et 525±10°C pour un temps de maintien variant de 0 à 24 heures. Dans le four à air forcé, nous avons traité seulement les échantillons filtrés, les températures sont: 480±l°C, 505±l°C, 515±1°C et 540±l°C et le temps de maintien varie de 0 à 24 heures.

Suite aux essais de traction réalisés sur ces échantillons, nous constatons que le four conventionnel nous donne une ductilité plus élevée mais une résistance aux contraintes plus faible que celles des échantillons traités dans le four à air forcé. Les inclusions présentes dans les échantillons affectent très peu la limite élastique. Mais la limite ultime et la déformation sont devenues presque semblables aux échantillons après coulée. Nous avons calculé la constante de l'indice de qualité pour chacun des traitements réalisés dans le four à air forcé. Afin d'obtenir une constante commune pour tous les traitements de mise en solution, nous avons calculé la moyenne pondérée. Le résultat nous donne une valeur de 124 MPa pour la constante k. Le traitement de mise en solution optimum est réalisé à la température de 515°C pour un temps de maintien de 8 heures. Les traitements de mise en solution réalisés à la température de 540°C provoquent une fragilisation de l'alliage. Mais on peut éviter cette fragilisation en contrôlant le refroidissement jusqu'à 515°C et par la suite on peut tremper l'échantillon sans obtenir une fragilisation. La fragilité de l'alliage provient de la fonte de la phase CuAl2 et de sa précipitation durant la trempe en deux phases, une phase eutectique et une sans structure interne.

Après avoir déterminé le traitement de mise en solution optimal, nous avons fait subir aux échantillon un traitement de vieillissement. Les températures sont les suivantes: 155±1°C, 180±l°C, 200±l°C et 220±l°C et nous avons un intervalle de temps qui varie de 0 à 24 heures. Nous avons calculé les constantes de l'équation de la qualité pour chacun des traitements. Ensuite nous avons calculé la moyenne pondérée des valeurs obtenues. Suite à ces résultats, nous avons utilisé la valeur de 108 MPa pour la constante k. En calculant l'indice de qualité des différents traitements de vieillissement, nous constatons que la température de 180°C dans l'intervalle de 2 à 8 heures donne les meilleurs résultats.