Modélisation de la formation des structures et des microporosités durant la solidification d'alliages d'aluminium PDF Download
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Book Description
Cette thèse s'inscrit dans le projet PRINCIPIA (PRocédés INdustriels de Coulée Innovants Pour l'Industrie Aéronautique) de l'ANR MATETPRO (Matériaux et Procédés pour des Produits Performants). L'objectif de ce projet est la promotion de nouveaux alliages aluminium-cuivre-lithium à destination de l'industrie aéronautique afin d'apporter une alternative aux composites. Cependant, ces alliages sont sujet à une importante porosité pour deux raisons : une forte solubilité à l'hydrogène et une facilité d'oxydation. Dans ce projet, le but de la thèse était d'établir un modèle de prédiction de la porosité à l'échelle du produit. La porosité se forme lors de la solidification de l'alliage à cause d'une plus faible solubilité de l'hydrogène dans le solide. La teneur en hydrogène dans la phase liquide va augmenter par ségrégation et provoquer la nucléation des pores. Il est donc nécessaire de prendre en compte la solidification dans la modélisation de la porosité. De plus, la composition locales modifie la cinétique de croissance des pores et la microstructure exerce une contrainte mécanique sur les pores qui modifie leur équilibre chimique. Après une première partie consacrée à améliorer les connaissances sur les phénomène de transport dans la coulée semi-continue d'aluminium, nous avons modélisé la formation de porosité en se basant sur les modèles disponibles. Le modèle a reproduit l'inhomogénéité de la porosité observée expérimentalement sur une plaque d'alliage aluminium-magnésium. L'analyse nous a montré que la limitation de la croissance par le temps de diffusion de l'hydrogène était responsable de ce profil particulier. La densité volumique des pores est critique pour la limitation de la croissance par la diffusion de l'hydrogène. En fonction de la densité, la croissance passe d'une croissance limitée à une croissance non limitée.
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Cette thèse s'inscrit dans le projet PRINCIPIA (PRocédés INdustriels de Coulée Innovants Pour l'Industrie Aéronautique) de l'ANR MATETPRO (Matériaux et Procédés pour des Produits Performants). L'objectif de ce projet est la promotion de nouveaux alliages aluminium-cuivre-lithium à destination de l'industrie aéronautique afin d'apporter une alternative aux composites. Cependant, ces alliages sont sujet à une importante porosité pour deux raisons : une forte solubilité à l'hydrogène et une facilité d'oxydation. Dans ce projet, le but de la thèse était d'établir un modèle de prédiction de la porosité à l'échelle du produit. La porosité se forme lors de la solidification de l'alliage à cause d'une plus faible solubilité de l'hydrogène dans le solide. La teneur en hydrogène dans la phase liquide va augmenter par ségrégation et provoquer la nucléation des pores. Il est donc nécessaire de prendre en compte la solidification dans la modélisation de la porosité. De plus, la composition locales modifie la cinétique de croissance des pores et la microstructure exerce une contrainte mécanique sur les pores qui modifie leur équilibre chimique. Après une première partie consacrée à améliorer les connaissances sur les phénomène de transport dans la coulée semi-continue d'aluminium, nous avons modélisé la formation de porosité en se basant sur les modèles disponibles. Le modèle a reproduit l'inhomogénéité de la porosité observée expérimentalement sur une plaque d'alliage aluminium-magnésium. L'analyse nous a montré que la limitation de la croissance par le temps de diffusion de l'hydrogène était responsable de ce profil particulier. La densité volumique des pores est critique pour la limitation de la croissance par la diffusion de l'hydrogène. En fonction de la densité, la croissance passe d'une croissance limitée à une croissance non limitée.
Author: David Carpentier Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 246
Book Description
EN FONDERIE D'ALUMINIUM, LA PRESENCE DE MICROPOROSITES AU SEIN DES PIECES MOULEES NUIT CONSIDERABLEMENT A LEURS PROPRIETES MECANIQUES. ON COMPREND PAR CONSEQUENT QUE LA MODELISATION ET LA PREDICTION DE LA FORMATION DES MICROPOROSITES PEUVENT ETRE D'UN GRAND SOUTIEN POUR LE FONDEUR. DANS CETTE ETUDE, NOUS AVONS OBSERVE TOUT D'ABORD EXPERIMENTALEMENT LA SENSIBILITE A LA FORMATION DES MICROPOROSITES D'ALLIAGES BINAIRES D'ALUMINIUM-SILICIUM (AL-3%SI, AL-7%SI, AL-11%SI) DANS DES CONDITIONS DE SOLIDIFICATION UNIDIRECTIONNELLE OU UNIFORME. LA CARACTERISATION DE NOS ESSAIS NOUS A PERMIS DE RETROUVER CERTAINES TENDANCES DEJA OBSERVEES EXPERIMENTALEMENT DANS LA LITTERATURE ET NOTAMMENT UNE AUGMENTATION DE LA FRACTION VOLUMIQUE DE PORES AVEC: LA TENEUR INITIALE EN HYDROGENE DISSOUS, UNE MICROSTRUCTURE PLUS GROSSIERE, UNE PRESSION EXTERIEURE PLUS FAIBLE. AU VU DE CES RESULTATS, NOUS AVONS ALORS ADOPTE UNE APPROCHE THERMODYNAMIQUE OU NOUS AVONS MONTRE NOTAMMENT QUE, DANS L'INTERVALLE DE SOLIDIFICATION DES ALLIAGES D'ALUMINIUM, LA DIMINUTION DE LA TEMPERATURE ET L'ENRICHISSEMENT EN SOLUTE DU LIQUIDE RESIDUEL PEUVENT DIMINUER CONSIDERABLEMENT LA SOLUBILITE DE L'HYDROGENE. DANS CES CONDITIONS, LA FORMATION DES MICROPOROSITES PEUT AVOIR LIEU DANS LES PREMIERS STADES DE LA SOLIDIFICATION OU LES PERTES DE PRESSION ASSOCIEES AU RETRAIT DE SOLIDIFICATION SONT ALORS NEGLIGEABLES. NOTRE ETUDE A ABOUTI A LA DEFINITION D'UN MODELE ANALYTIQUE DE PREDICTION DE LA FRACTION VOLUMIQUE DE PORES SE CARACTERISANT PAR LES DEUX ETAPES SUIVANTES: 1) LA DETERMINATION DE LA FRACTION SOLIDE CRITIQUE A PARTIR DE LAQUELLE LA FORMATION DES MICROPOROSITES DEVIENT THERMODYNAMIQUEMENT POSSIBLE, 2) LE CALCUL DE LA FRACTION VOLUMIQUE DE PORES A PARTIR DE LA RESOLUTION DU BILAN DE MASSE POUR L'HYDROGENE. NOTRE APPROCHE PEUT ETRE UTILISEE POUR D'AUTRES ALLIAGES D'ALUMINIUM ET/OU DANS DES CONDITIONS DE SOLIDIFICATION PLUS COMPLIQUEES
Author: Philippe Desnain Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 121
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ETUDE DE LA FORMATION DE LA STRUCTURE DE GRAINS LORS DE LA SOLIDIFICATION D'ALLIAGES INDUSTRIELS D'ALUMINIUM. ENREGISTREMENT DES COURBES DE REFROIDISSEMENT ET EXAMEN DES PHENOMENES DE RECALESCENCE LORS DE LA SOLIDIFICATION DANS UNE LINGOTIERE RECTANGULAIRE VERTICALE MUNIE D'UN BRASSEUR ELECTROMANGETIQUES A CHAMP GLISSANT. CARACTERISATION DES LINGOTS ET MESURES DE LA TAILLE DES GRAINS EQUIAXES. MODELISATION DE LA NUCLEATION ET DE LA CROISSANCE DES CRISTAUX EQUIAXES. INFLUENCE DU BRASSAGE ET DE LA COMPOSITION. PREVISION A PARTIR DU MODELE ETABLI DE L'AFFINEMENT DES GRAINS RESULTANT DU BRASSAGE
Author: Marie Bedel Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Lors de la solidification d'un alliage métallique, des hétérogénéités de composition en éléments d'alliage et des hétérogénéités de taille des structures apparaissent. La modélisation est un outil précieux dans la maitrise de la formation de ces hétérogénéités, qui sont incompatibles avec les exigences industrielles. Au niveau international, le code de calcul SOLID est l'unique code de solidification permettant la prise en compte simultanée de la germination, de la croissance et du transport des grains, de la convection naturelle et du retrait à la solidification à l'échelle industrielle. Le travail de thèse a pour but d'améliorer la description du couplage de la germination et de la croissance des grains dans ce modèle. La diffusion solutale, qui contrôle la croissance des grains, est ainsi modélisée par une longueur de diffusion prenant en compte à la fois l'avancée de l'interface grain-liquide et la convection de la phase liquide. A l'échelle microscopique, une troisième phase est également ajoutée afin d'améliorer la prédiction de la croissance des grains, notamment du développement de leur morphologie. Le modèle permet de prédire quantitativement la compétition entre germination et croissance à l'échelle microscopique. Le modèle est ensuite appliqué à des cas de coulée en lingot fixe et de coulée semi-continue afin d'étudier le couplage entre germination et croissance à l'échelle macroscopique, en présence de transport à la fois des grains, des germes et du soluté. Les prédictions du modèle sont comparées à des mesures expérimentales et permettent de mettre en évidence l'importance du transport, non seulement des grains mais également des germes, dans la formation des hétérogénéités. La prise en compte de la dendritisation des grains au cours de la solidification modifie également de façon importante les prédictions, même lorsque leur morphologie finale est globulaire.
Author: Laurent Heyvaert
Author: Laurent Heyvaert
Author: David Carpentier
Author: Philippe Desnain
Author: Marie Bedel