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Effet de la vitesse de refroidissement sur la taille des grains, la modification eutectique et la précipitation d’intermétalliques riches en fer dans des alliages Al-Si hypoeutectiques

Ferdian, Deni (2014) Effet de la vitesse de refroidissement sur la taille des grains, la modification eutectique et la précipitation d’intermétalliques riches en fer dans des alliages Al-Si hypoeutectiques. (Cooling rate effects on grain size, eutectic modification and Fe-bearing intermetallic precipitation in hypoeutectic Al-Si alloys.)

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Résumé

Les alliages aluminium-silicium sont les alliages d’aluminium de moulage les plus couramment employés en raison de leur faible poids, de leurs caractéristiques mécaniques et de leur fluidité. Leurs propriétés mécaniques, en particulier leur résistance, peuvent être améliorées par l’affinage des grains et la modification des précipités de silicium. Par contre, la précipitation de composés intermétalliques riches en fer, comme la phase dite beta, a un effet néfaste sur la tenue en traction et la ductilité de ces alliages. Bien que diverses méthodes aient été proposées pour atténuer les effets de la phase beta, la compréhension des mécanismes de sa croissance pourrait s’avérer utile pour réduire ses effets néfastes. L’objectif de cette étude est d’établir la relation entre la vitesse de refroidissement et les caractéristiques microstructurales des alliages Al-Si hypoeutectiques. Dans une pièce coulée réelle, la vitesse de refroidissement locale peut grandement changer d’un point à l’autre du fait de la géométrie de la pièce mais aussi du fait des paramètres de coulée. Les variations de vitesse de refroidissement affectent le processus de solidification, et ceci est rendu évident par les changements des températures caractéristiques des courbes de refroidissement enregistrées en différents endroits d’une pièce. Les relations entre ces températures caractéristiques et la taille des grains et la modification du silicium eutectique sont présentées. Cette étude a aussi porté sur l’effet de la vitesse de refroidissement sur la morphologie de la phase beta dans le cas d’un alliage ternaire Al-Fe-Si. La croissance de la phase beta a été caractérisée par tomographie post-mortem et in-situ. Enfin, certains écarts par rapport aux caractéristiques de solidification usuelles, telles que la précipitation en écriture chinoise de la phase beta et la formation de rosettes, ont été observés et sont discutés. ABSTRACT : Aluminum-silicon alloys are the most common aluminum casting alloys produced due to their fluidity characteristic and mechanical and light weight properties. However, there are several issues concerning application of Al-Si hypoeutectic alloys such as strength, which may be improved by refining grain size of the alloy and modifying silicon precipitates. Furthermore, precipitation of Fe-bearing intermetallics such as the so-called beta phase has a detrimental effect on tensile and ductility properties of Al-Si hypoeutectic alloys. Although various methods have been proposed to mitigate the effect of beta phase, the understanding of the mechanism of growth may be useful to reduce its detrimental effects. The objective of this study is to establish the relationship between the cooling rate and morphology features in Al-Si hypoeutectic alloys. In real casting condition, cooling rate is one of the factors that is not easy to predict, because it is related to the geometry of the parts and to the casting process itself. Changes in cooling rate affect the solidification process, and this is made apparent by the changes in the characteristic temperatures of cooling curves recorded in different locations of a part. The relation between these characteristic temperatures and grain size and eutectic silicon modification are presented. Furthermore, the present study also includes the effect of cooling rate on the morphology of beta phase in the case of a ternary Al-Fe-Si alloy. An attempt to characterize the growth of beta phase was performed through post-mortem and in-situ tomography. In addition, some variations from usual solidification features such as script monoclinic phase and rosettes were observed and are discussed.

Département ou laboratoire:Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Lacaze, Jacques
Mots-clés:Al-Si alliages - Intermétalliques - Vitesse de refroidissement - Tomographie - Solidification - Moulage. KEYWORDS : Al-Si alloys - Intermetallics - Cooling rate - Tomography - Solidification - Casting
Sujets:Génie mécanique
Déposé le:18 Septembre 2014

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