Author: David Levasseur Publisher: ISBN: Category : Aluminum-copper alloys Languages : fr Pages : 0
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Dans l' optique de pouvoir prédire l 'occurrence de fissuration à chaud lors de la solidification d'un alliage d'aluminium, une nouvelle méthode de mesure des propriétés mécaniques à l'état semi-solide est développée. La technique de caractérisation utilise un analyseur mécanique dynamique (DMA) en mode de traction pour mesurer avec une grande précision le comportement mécanique d'un alliage d'aluminium cuivre (5 , 78%-pds. Cu). Les objectifs de ce tràvail sont de prouver la validité de la méthode de mesure proposée, d' observer l' effet du test mécanique sur la microstructure et d' utiliser les mesures pour calibrer un modèle constitutif. L' alliage utilisé a été coulé au laboratoire avec une 'plaque de refroidissement pour garantir une solidification dirigée. Les échantillons rectangulaires ont été coupés perpendiculairement à l'axe de croissance des colonnes. La validité du test a été démontrée par une série de tests répétés. Ces tests ont été faits pour trois niveaux de contrainte (0,25 , 0,5 et 1 MPa) et deux niveaux de température (831 et 841 K). lis montrent que la méthode donne des résultats reproductibles dans la mesure où les échantillons sont assez semblables au niveau de la microstructure. Une série de tests supplémentaires a été faite sur des échantillons à structure affinée et à grains équiaxes. Ces résultats ont montré une très bonne reproductibilité. Les mesures ont ensuite été utilisées pour calibrer un modèle constitutif du comportement mécanique à l'état semi-solide basé sur le modèle de Larouche et al. [14]. Le modèle constitutif utilisé considère une distribution de fraction liquide locale (gs) dans l'échantillon, ce qui permet de calculer le taux de déformation de chaque sousdomaine de gs et d'en faire la moyenne pour trouver le taux de déformation global. Le comportement mécanique prédit par ce modèle dépend de la contrainte et de la fraction liquide, mais aussi de la déformation de l'échantillon. Ce modèle a permis de représenter adéquatement les résultats obtenus. L'observation de la microstructure de certains échantillons avant et après le test a permis de mettre en évidence la localisation de la déformation et la formation de liens solides entre les grains. La formation de ces structures explique la consolidation observée lors des tests mécaniques. La méthode présentée dans ce travail ouvre de nouvelles portes pour les tests quantitatifs de caractérisation du comportement mécanique à l'état semisolide.
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Des simulations numériques thermomécaniques sont nécessaires afin de prédire l'apparition des déchirures à chaud, survenant en fin de solidification, dans les procédés de coulée directes des alumineries. Toutefois, ces simulations nécessitent plusieurs intrants notamment des propriétés mécaniques et des lois de comportement à différentes températures. Pour ce projet, un analyseur mécanique dynamique est utilisé afin de caractériser ces intrants pour un alliage d'aluminium 5182 (4.5pds% Mg). L'analyse dynamique en flexion est utilisée pour la première fois afin d'étudier l'évolution du module élastique avec la fraction liquide dans la microstructure. Également, des séries d'essais de fluage sont effectuées en mode traction afin de proposer des lois de comportement. L'utilisation d'un modèle de calcul de parcours de solidification considérant la rétrodiffusion permet d'estimer la fraction liquide en cours d'essais selon la température. Les éprouvettes utilisées pour les différents essais mécaniques ont été usinées à partir d'un lingot d'aluminium 5182 coulé par le procédé de coulée directe. Afin d'étudier l'effet de la microstructure, des éprouvettes ont été usinées à partir de trois positions selon la largeur du lingot. Plus l'éprouvette provient d'une position près de la surface et plus la microstructure est affinée. Les microstructures fines semblent être moins rigides lorsque du liquide est présent dans la microstructure. Également, trois taux de chauffe ont été étudiés pour les analyses dynamiques (100C/min, 200C/min et 300C/min). La température du solidus diminue avec l'augmentation du taux de chauffe puisque l'homogénéisation partielle lors de la chauffe est moins importante. Un plan d'expérience a été effectué pour les essais de fluage avec des éprouvettes provenant de deux positions dans le lingot (surface, centre), testées à trois niveaux de températures(5550C, 5600C, 5650C) et à deux niveaux de contraintes (0.25MPa et 0.50 MPa). Cinq comportements en fluage ont été observés : un fluage uniforme, une fissuration partielle, une localisation suivie d'une rupture, une rupture fragile et un retour de la déformation. Des températures élevées et des contraintes élevées augmentent la prévalence des localisations et des ruptures tandis que les retours de la déformation ne sont observés qu'à plus basse température avec une faible contrainte. Les courbes de fluage uniforme et de fissuration partielle ont été modélisées par des lois de comportements mécaniques.
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Ce travail vise à comprendre l'évolution de la texture cristallographique et l'anisotropie du comportement mécanique après laminage à chaud et traitements thermiques d'un Al-Cu-Li 2050 et d'un Al-Zn-Mg-Cu 7050, et expliquer leurs différences. La texture est analysée par EBSD et RX après des essais de compression plane à chaud et après des laminages à chaud industriels. L'anisotropie est étudiée sur des tôles fortes industrielles après différents détensionnements et dans différents états microstructuraux par des essais de traction à 0°, 45° et 90° par rapport à DL. Enfin, nous comparons nos mesures à des résultats simulés par des modèles de plasticité cristalline (modèles de Taylor). Il est montré que, déformés dans des conditions identiques, les deux alliages développent les mêmes textures de laminage jusqu'à une déformation de 2.6. La présence de 1% massique de Li n'est à priori pas responsable d'une texture particulière. En revanche la température de laminage, qui est généralement plus élevée pour les Al-Cu-Li que pour les Al-Zn-Mg-Cu, a un impact important aux grandes déformations, notamment en favorisant la composante Laiton {110}112. L'anisotropie d'une tôle laminée de 2050 est pour une large part due à la texture cristallographique. Elle augmente quand un détensionnement est effectué par traction dans la direction DL et diminue quand il est effectué à 45°/DL. La précipitation durcissante, composée de T1 Al2CuLi en forme de plaquettes sur les plans {111}Al, augmente la résistance de la direction préalablement tractionnée mais n'est pas responsable dans nos conditions expérimentales d'une forte aggravation de l'anisotropie. Dans le 7050, l'anisotropie diminue entre l'état mûri naturellement et l'état sur-revenu. La précipitation de sur-revenu du 7050 atténue l'effet de la texture cristallographique sur l'anisotropie et rend, en comparaison, le 2050 d'autant plus anisotrope.
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LA DIMINUTION DE LA TAILLE DE GRAINS DES METAUX PERMET L'AUGMENTATION DE LA LIMITE D'ELASTICITE A FROID ET AMELIORE LES PROPRIETES SUPERPLASTIQUES A CHAUD. UNE VOIE RECENTE POUR L'AFFINAGE DE LA MICROSTRUCTURE CONSISTE A FAIRE SUBIR AU METAL UNE HYPER-DEFORMATION. LE DEVELOPPEMENT D'UNE TECHNIQUE D'EXTRUSION PARTICULIERE, A SAVOIR L'EXTRUSION COUDEE A AIRES EGALES (ECAE) PERMET D'AUGMENTER INDEFINIMENT LE TAUX DE DEFORMATION EN EFFECTUANT DES PASSES SUCCESSIVES. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'INTERPRETER LES EVOLUTIONS MICROSTRUCTURALES D'UN ALLIAGE D'ALUMINIUM SOUMIS A UNE HYPER-DEFORMATION. LES ESSAIS MECANIQUES APRES ECAE (EXTRUSIONS MENEES A 150\C) ONT MONTRE UNE AMELIORATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DU MATERIAU. LA LIMITE D'ELASTICITE A 25\C AUGMENTE AVEC LE NOMBRE DE PASSES. PAR AILLEURS, UN COMPORTEMENT PROCHE DE LA SUPERPLASTICITE SE DEVELOPPE A CHAUD : DES ALLONGEMENTS IMPORTANTS (300%) A UNE TEMPERATURE REMARQUABLEMENT BASSE (260\C) ONT ETE OBSERVES. D'UN POINT DE VUE MICROSTRUCTURAL, L'ECAE CONDUIT A LA FORMATION D'UNE MICROSTRUCTURE FINE, CARACTERISEE POUR LA PRESENCE DE DISLOCATIONS ET LA DIMINUTION DE LA TAILLE DE GRAINS (1 M). L'AUGMENTATION DE LA LIMITE D'ELASTICITE A 25\C AVEC LE NOMBRE DE PASSES EST ATTRIBUEE A CES DEUX PARAMETRES VIA UN EFFET DE TYPE HALL-PETCH ET UN EFFET D'ECROUISSAGE. L'ANALYSE DU COMPORTEMENT DU MATERIAU A 260\C SUGGERE LA COEXISTENCE DE DEUX MECANISMES : FLUAGE-DISLOCATIONS ET SUPERPLASTICITE. LES RESULTATS MONTRENT LA PARTICIPATION CROISSANTE DU MECANISME SUPERPLASTIQUE AVEC LE NOMBRE DE PASSES, CE QUI EST ATTRIBUEE A LA DIMINUTION DE LA TAILLE DES GRAINS. ENFIN, L'ETUDE DE PLUSIEURS CHEMINS DE DEFORMATION (ROUTES) PAR ECAE POUR UN MEME TAUX DE DEFORMATION PERMET DE MIEUX COMPRENDRE LES PHENOMENES PHYSIQUES QUI INTERVIENNENT LORS DES HYPER-DEFORMATIONS. LES RESULTATS MONTRENT L'IMPORTANCE DES TRAJETS DE CHARGEMENT DURS I.E. POUR LESQUELS LES SYSTEMES DE GLISSEMENT ACTIFS SONT DIFFERENTS A CHAQUE EXTRUSION.
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Les alliages de cuivre sont utilisés dans de nombreuses applications électriques car ils offrent un bon compromis de résistance mécanique, de résistance à la corrosion et de conductivité électrique. Cependant pour certaines applications comme les contacteurs électriques, des matériaux plus performants sont recherchés. L'affinement de la taille de grains et l'implantation ionique sont deux voies que nous avons explorées dans ce but. Afin d'obtenir un bon compromis entre la dureté, la résistance à la corrosion et la conductivité électrique du cuivre pur (99,90%) et un bronze commercial monophasé contenant 8 % massique d'étain ont été nanostructurés par déformation plastique intense, et ensuite implantés à l'azote. Dans un premier temps, nous avons étudié l'évolution de la dureté des matériaux que nous avons corrélée aux changements microstructuraux induits par déformation plastique intense. Grâce à la microscopie électronique en transmission (MET) et la diffraction des rayons X (DRX), nous avons pu mettre en évidence la formation de grains ultrafins. Et nous avons prouvé que la solution solide CuSn métastable n'était pas décomposée au cours de la déformation. Par ailleurs, il a été montré que l'étain en solution solide favorise l'affinement des grains et que la déformation du CuSn8 à des vitesses plus rapides limite la restauration dynamique des défauts en engendrant une plus grande dureté. Un modèle qualitatif prenant en compte la production et l'annihilation de dislocations a été développé permettant de prédire l'influence des paramètres procès sur l'évolution de la microstructure et de la dureté. La stabilité thermique des nanostructures formées par déformation intense a également été étudiée, notamment par calorimétrie différentielle à balayage. Il a été montré que l'ajout d'étain en solution solide retarde la recristallisation alors que la densité de défauts et donc la force motrice est plus importante. Le Cu et le CuSn8 recristallisés et à grains ultrafins ont été implantés à l'azote. Il a été montré par nanoindentation que les duretés superficielles du Cu recristallisé et du Cu nanostructuré augmentent significativement après implantation. Nous avons mis en évidence par MET (SAED, STEM HAADF et EELS) la formation de nitrures de cuivre qui sont à l'origine du durcissement superficiel. Des nitrures de cuivre ont été également été formés dans le CuSn8 alors qu'aucun nitrure d'étain n'a été détecté. Par ailleurs, il est intéressant de noter que les défauts et notamment les mâcles formées après déformation intense semblent favoriser la diffusion de l'azote et être des sites de germination préférentielle des nitrures de cuivre.
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AFIN D'ETUDIER L'EFFET DES ELEMENTS D'ADDITION ET DES IMPURETES SUR LE COMPORTEMENT DU CUIVRE SOUS SOLLICITATIONS DYNAMIQUES, DEUX ALLIAGES MODELES ONT ETE ETUDIES; PREMIEREMENT, LE ROLE D'UN ELEMENT D'ADDITION EN SOLUTION SOLIDE EST ANALYSE GRACE A L'AJOUT DE SILICIUM QUI ENTRAINE UNE DIMINUTION DE L'ENERGIE DE FAUTE D'EMPILEMENT (ALLIAGE CU0,6%SI ET CU3%SI); DEUXIEMEMENT, LE ROLE DE LA PRECIPITATION EST ETUDIE GRACE A L'ADDITION DE COBALT QUI FORME DES PRECIPITES AU SEIN D'UNE MATRICE DE CUIVRE (ALLIAGE CU2%CO). LA CARACTERISATION DE LA PRECIPITATION A ETE EFFECTUEE PAR DIFFUSION AUX PETITS ANGLES DE RAYONS X ET DE NEUTRONS. L'EFFET DES ELEMENTS D'ADDITION EST DISCUTE GRACE A L'ETUDE COMPARATIVE DU CUIVRE ET DES ALLIAGES. LA COMPREHENSION DES MECANISMES CONTROLANT L'ACCOMMODATION DE LA DEFORMATION A NECESSITE L'INVESTIGATION DES MICROSTRUCTURES DE DEFORMATION. PARALLELEMENT, LE ROLE DE LA VITESSE DE DEFORMATION EST ANALYSE A L'AIDE D'ESSAIS EN COMPRESSION STATIQUE ET DYNAMIQUE. ENFIN, CETTE ETUDE EST COMPLETEE PAR DES ESSAIS DE CHOC DONT LE BUT EST D'EVALUER L'EFFET DE LA PRESSION DU CHOC SUR LA MICROSTRUCTURE ET SUR LES PROPRIETES MECANIQUES. ON S'APERCOIT ALORS QUE CELLES-CI DIFFERENT NOTABLEMENT SELON LE MATERIAU CONSIDERE: CUIVRE, ALLIAGE CU3%SI OU ALLIAGE CU2%CO
Author: David Levasseur
Author: Dominic Bernier
Author: Quentin Contrepois
Author: LAURENT.. DUPUY
Author: Ghenwa Zaher
Author: PATRICK.. ANCRENAZ
Author: Philostratus (the Athenian)
Author: Canada. Patent Office
Author: Robert Wodrow