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

Résumé

La présent travail de recherche a été réalisée pour étudier les effets de la quantité de Mg, de la vitesse de refroidissement et des conditions de vieillissement sur la ténacité d'alliages industriels et expérimentaux 319, modifiés et non modifiés au Sr. Les résultats obtenus montrent que la quantité de Mg, les conditions de vieillissement et le taux de refroidissement ont un effet significatif sur la microstracture des alliages expérimentaux et industriels et, par conséquent, sur les propriétés mécaniques. Ces effets sont observables sur les propriétés mesurés lors d'essai de resilience effectués sur les alliages considérés et ce, pour différentes conditions.

Dans les échantillons élaborés et utilisés dans ce travail, on remarque que l'aire et la longueur des porosités sont supérieures dans les alliages industriels, pour les alliages modifiés et non modifiés au Sr. La valeur de ces paramètres (utilisés pour étudier les porosités présentes) augmente avec une modification au Sr et avec l'utilisation de taux de refroidissement lent et ce pour tous les alliages étudiés. Lorsque jusqu'à 0,6% Mg est ajouté aux alliages 319, la valeur de ces paramètres augmente significativement. La modification au Sr augmente la quantité de Si eutectique dans la condition telle que coulée, ce qui indique un raffinement de la microstructure ; la taille et le facteur de forme des particules Si eutectique sont aussi affectés. De plus, l'addition de Sr conduit à une ségrégation des phases cuivre dans les zones éloignées du Si eutectique modifié et en périphérie des dendrites, ce qui entraîne la précipitation de la phase AI2CU sous la forme de bloc et rend ainsi cette phase plus difficile à dissoudre que la phase plus fine de type eutectique.

L'addition de Mg aux alliages 319, particulièrement 0,6% en poids, modifie la morphologie des particules Si et réduit la température eutectique de la phase AI-AI2CU Cette réduction de température augmente avec l'ajout de Mg. L'ajout de Mg produit aussi une ségrégation des phases Cu ce qui mène à précipitation de la phase AI2CU sous la forme de bloc. Une augmentation de Mg dans les alliages contenant du Sr provoque une augmentation des particules Si (aire, longueur et rapport de forme) et une réduction du facteur de circularité en réduisant la modification produite par le Sr. L'addition de Mg dans les alliages 319 contenant du Fe produit la précipitation des phases Mg2Si, Q-AlsMgsG^Siô et it- AlgMg3FeSiô. Les phases Q- et T- apparaissent sous la forme de scripte et non sous la forme de particules irrégulières. Le Mg raffine légèrement la phase Si et a un effet négatif sur la modification au Sr ; la microstracture passe d'un état modifié à un état partiellement modifié.

Les particules de la phase eutectique AI2CU ont été entièrement dissoutes dans la matrice d'aluminium après le traitement de mise en solution pour tous les alliages étudiés. Des particules ultrafines Si ont été observées à la fin du processus de solidification. Les intermétalliques A^Cu, Q-AlsMggC^Sie, et a-FeAl15Fe3Si2 apparaissant sous la forme de bloc sont insolubles, les phases jS-FeAlsFeSi and Tr-AlsMgsFeSiô apparaissant sous la forme de plaquettes sont partiellement solubles et la Mg2Si phase est dissoute complètement durant une mise en solution à 495°C/8hrs. Pour les taux de refroidissement utilisés dans cette étude, l'espace entre les bras dendritiques est de 24um et 50um. Le plus haut taux de refroidissement (espace inter dendritique égal à 24um) est le paramètre dominant dans le contrôle de la taille et de la distribution des particules Si, des phases intermétalliques et des porosités pour les alliages modifiés et non modifiés au Sr.

L'addition de Mg et Cu améliore la dureté des alliages testés, spécialement dans la condition de traitement thermique T6. Le plus haut taux de refroidissement augmente la dureté, particulièrement pour les alliages non modifiés contenant du Mg. L'addition de Sr réduit cependant la dureté des alliages contenant ou non du Mg. Cette réduction de dureté provient du délai requis pour la précipitation de la phase Mg2Si durant le vieillissement des alliages contenant du Mg. Pour les alliages ayant un traitement thermique T7, des valeurs de duretés inférieures sont obtenues et, conséquemment, des valeurs de ténacité supérieures à celles alliages avec un traitement T6 sont obtenues. Pour les traitements T6 et T7 et pour les alliages modifiés ou non au Sr, des valeurs de dureté et des énergies d'impact supérieures ont été obtenues pour les alliages expérimentaux. Le vieillissement des alliages 319 contenant du Mg à 180C (condition T6) produit une augmentation prononcée de la dureté durant les deux premières heures de vieillissement. À 180C, une augmentation de dureté est observée pour les premières heures de vieillissement, suivi d'un plateau pour un vieillissement allant de 2 à 12 heures, avec une période significative de sur vieillissement au-delà de 12 heures. À 220C, l'augmentation de dureté initiale est suivie par un vieillissement optimal et par une période de sur vieillissement après 2 heures.

L'ajout de Mg et Cu réduit la ténacité des alliages testés, particulièrement dans les conditions T6. L'utilisation d'un taux de refroidissement élevé produit une augmentation des propriétés d'impact, particulièrement pour les alliages non modifiés contenant du Mg. L'addition de Sr réduit cependant la ténacité des alliages avec et sans Mg. Cette réduction est principalement le résultat de la ségrégation de la phase A12Cu. Le vieillissement des alliages contenant du Mg à 180C (traitement T6) et à 220C (traitement T7) produit une rapide réduction de la ténacité durant les deux premières heures du vieillissement. A180 et 220C, cette réduction initiale est suivie par un plateau se produisant entre 2 et 24 heures, avec une période significative de sur vieillissement au-delà de 24 heures.

Les propriétés d'impact de l'alliage 319 sont influencées par la microstructure, laquelle dépend fortement des conditions de solidification et la composition de l'alliage. Un taux de refroidissement rapide améliore la ténacité des alliages expérimentaux et industriels étudiés. La présence de Cu réduit significativement les propriétés d'impact, lesquelles sont principalement associés aux phases AÎ2CU et non aux particules eutectiques Si . L'augmentation de Mg produit aussi une ségrégation de la phase AI2CU dans une forme d eIl l bloc fragile ce qui réduit la ténacité des alliages, particulièrement pour les alliages modifiés au Sr, même si l'ajout de Mg améliore la réponse de l'alliage au vieillissement artificiel. La plus grande partie de l'énergie absorbée est utilisée pour initier les fissures, i.e. que l'énergie d'initiation des fissures et supérieures à leur énergie de propagation. Cette observation reflète bien la grande ductilité des alliages 319 étudiés. Cette ductilité peut être améliorée par l'homogénéisation des alliages et par l'accroissement de la résistance des phases intermétalliques Mg2Si, A^CuMg et Q-AlsMggC^Sie. L'homogénéité des alliages peut être améliorée par l'addition de AI2CU eutectique.

La surface de rupture des alliages non modifiés est constituée de longues particules Si fissurées. L'addition de Sr produit une structure avec des cupules dans la matrice. Avec l'augmentation de la quantité de Mg jusqu'à 0,6%, des particules fissurées des phases Q- Al5Mg8Cu2Si6 and TT-AlgMgsFeSie apparaissent. La réduction du taux de refroidissement et l'augmentation de la température de vieillissement n'altère pas le mécanisme de rupture pour alliage donné. La ségrégation des phases AI2CU loin des régions Al-Si eutectiques provoquée par l'ajout de Sr produit une mauvaise dissolution des phases AI2CU durant le traitement thermique. La présence de relativement large proportions de AI2CU non dissoutes réduit les effets bénéfiques de la matrice ductile Al, ce qui diminue la ténacité.