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

Résumé

La présence d'inclusions dans les alliages d'aluminium est l'un des problèmes les plus sérieux rencontrés lors du moulage de ces alliages. Les inclusions réduisent les propriétés mécaniques et augmentent la porosité; elles sont nuisibles à la finition de la surface et elles ont tendance à augmenter la corrosion. Quelques inclusions non métalliques fragiles agissent en tant que concentrations de contraintes et peuvent causer des bris prématurés des composantes. Avec la demande croissante de pièces coulées en aluminium de plus haute qualité, particulièrement dans les industries de l'automobile et de l'aérospatiale, beaucoup d'attention a été prêtée à la propreté du métal liquide.

L'amélioration de la propreté de la fonte d'aluminium peut être effectuée par des techniques d'enlèvement ou par la surveillance des inclusions. Du point de vue de contrôle ou de surveillance, un certain nombre de techniques, telles que PoDFA (Porous Disc Filtration Analysis), LAIS (Liquid Aluminum Inclusion Sampler), Prefil (Pressure Filtration), et Qualiflash ont été développées pour mesurer les inclusions dans les fontes d'aluminium. Cependant, ces techniques prennent du temps et peuvent seulement fournir des résultats en dehors de la ligne de coulée; par conséquent, l'information est souvent obtenue trop tard pour faire les ajustements nécessaires dans le processus de coulée. Actuellement, bien qu'il y ait une technique de mesure en ligne disponible, à savoir LiMCA II, celle-ci est trop chère et par conséquent n'est généralement pas accessible.

La technique de détection à ultrasons semble être une méthode prometteuse pour résoudre le problème des inclusions en raison de sa capacité à sonder l'intérieur des matériaux. La présente étude a été entreprise pour étudier la capacité de la technique ultrasonique pour mesurer diverses inclusions dans l'aluminium et dans l'alliage commercial de type 356 à deux températures différentes.

Des inclusions de T1B2, d'AlSr, d'A^Ti, et d'A^C^ ont été ajoutées aux alliages d'aluminium utilisés pour être étudiées à l'aide d'une machine "Metalvision MV20/20 ultrasonic". Les données obtenues ont fourni des informations sur (i) la valeur de propreté de Faluminium, (ii) la dimension moyenne des particules, et (iii) le nombre total de particules pour chaque gamme de dimension particulaire, en fonction du temps d'essai. Un examen de la microstructure des échantillons solidifiés obtenus à partir des prélèvements de la fonte a été également effectué en utilisant une microsonde électronique de type Jeol JXA-8900L.

La comparaison entre les résultats obtenus par la technique ultrasonique et les mesures effectuées par microsonde sur les microstructures correspondantes a montré que la machine ultrasomque peut être utilisée comme dispositif en ligne pour déterminer la propreté de la fonte pendant une longue période (5 h dans la présente étude). Les courbes de propreté du métal liquide obtenues par la machine ultrasonique sont fiables et peuvent être employées comme guide pour les coulées à condition que la température du bain liquide et les conditions d'agitation soient correctement ajustées.

L'augmentation de la concentration des inclusions réduit le niveau de propreté de la fonte et est reflétée par une diminution correspondante de la courbe de propreté de la fonte illustrée par la machine ultrasonique, indiquant ainsi sa réponse relative au changement du niveau d'inclusions. L'augmentation de la température de coulée du métal liquide accélère cependant la décomposition de l'alliage mère, augmentant le nombre de particules d'inclusions dans la fonte et réduisant de ce fait la valeur de propreté de fonte.

Normalement, quand les inclusions TiB2 sont ajoutées à la fonte d'aluminium, la fluidité de la fonte diminue de manière significative. Les autres techniques d'analyse des inclusions (LiMCA et toutes les autres techniques de filtration) peuvent seulement détecter les inclusions T1B2 quand leur concentration est très basse (moins de 10 ppm). En appliquant la technique à ultrasons, des mesures peuvent être conduites correctement pour des concentrations aussi hautes que 90 ppm. Ceci indique que la technique ultrasomque fournit une alternative améliorée pour la mesure des mclusions TÍB2 dans raluminium liquide. Ce fait est d'importance, puisque les mclusions sont invariablement présentes en raison de l'addition de TÍB2 qui est essentielle aux processus d'affinage de grain utilisés pour raluminium.