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

Résumé

L'alliage hypoeutectique A319 est largement utilisé dans l'industrie de l'automobile grâce à son excellent rapport poids/résistance, à sa facilité de mise en forme et à sa bonne résistance à la corrosion. Ce présent travail a été effectué afin de déterminer les effets de divers paramètres métallurgiques sur les caractéristiques des intermétalliques de fer et sur la phase silicium eutectique dans les alliages Al-Si-Cu (319). Parmi ces paramètres, on cite la surchauffe (950 °C), la surmodification par le strontium (Sr), l'interaction entre le strontium (agent de modification) et le phosphore (agent d'affinage de silicium primaire) et l'addition de T1AI3.

Concernant les essais mécaniques, seules les éprouvettes préparées à 750 °C ont été réalisées. La coulée à haute température (950 °C) était difficile à cause de l'échappement du métal liquide à travers les fermetures du moule. L'analyse de ces essais mécaniques ont prouvé l'effet anormal du phosphore sur la limite ultime (L.U) et sur la limite élastique (L.É). Cet effet s'explique par des réactions entre le strontium et le phosphore produisant, par conséquent, des composés complexes.

La surchauffe a entraîné une augmentation de la surfusion : les alliages coulés à basse température (750 °C) ont montré 1.25 °C de surfusion moyenne et ceux qui sont coulés à haute température (950 °C) en ont montré 3 °C. La surchauffe seule n'a pas prouvé un changement apparent sur la taille des plaquettes de la phase (3-Al5FeSi. L'addition du fer a provoqué un raffinement des particules eutectiques de silicium suite au site de nucléation de la phase B-Al5feSi.

En l'absence de phosphore (P), la modification au strontium a été remarquable pour des quantités allant de 100 à 120 ppm Sr. Pour aboutir à une modification convenable en présence de phosphore, des quantités en strontium supérieures à 200 ppm sont exigées, afin de neutraliser la désactivation par le phosphore.

La surmodification au strontium (Sr) a mené à la formation de la phase Al2SrSi2, dont la forme est polyédrique. La précipitation de cette phase se produit sur un intervalle de température s'étalant dès avant le développement du réseau dendritique jusqu'à la fin de la solidification. Dans tous les cas, la modification du silicium eutectique n'a pas été influencée par la précipitation du strontium sous forme Al2SrSi2. Une dose excessive en strontium a déstabilisé la phase p-Al5FeSi et l'a laissée former à haute température.

La quantité du phosphore a été exagérée (600 ppm) afin qu'il soit détecté par la sonde électronique utilisée dans ce travail. En effet, en l'absence de strontium et avec l'augmentation de la température du métal liquide à 950 °C, le phosphore se précipite sous forme d'oxydes de type (Al,P)O2 agissant comme site de nucléation pour les aiguilles de la phase B-Al5FeSi.

Des composés complexes P-Sr sont formés lorsque le phosphore est ajouté à l'alliage A319 modifié par le strontium. À l'aide de la technique de spectrométrie des rayons-X par longueurs d'ondes, la formule approchée de ces composés est de la forme (Al,P,Sr)2O5. Ces composés réduisent d'une manière significative l'efficacité de strontium comme agent de modification. En présence de phosphore, et pour aboutir à une structure convenable de l'alliage, une quantité de strontium supérieure à 200 ppm est exigée. Ce dernier est principalement concentré dans les particules eutectiques de silicium.

L'addition du titane d'aluminium T1AI3 à l'alliage A319 a mené à la précipitation de plaquettes épaisses dont la nature est Ti(Al,Si)3, et a laissé solidifier la phase dendritique a-Al et la phase B-Al5FeSi à des températures anormalement. Ces plaquettes sont de grande taille puisque leur température de formation est ~ 740°C. Au moyen de spectrométrie des rayons-X par longueurs d'ondes, la formule suggérée de la phase riche en titane fut identifiée. La précipitation des plaquettes de Ti(Al,Si)3, agissant comme site de nucléation, a causé un raffinement des aiguilles de la phase B-Al5FeSi.