Effect of a magnetic field on crystallography and microstructure of as-cast Al-based binary alloys

par Lei Li

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Le président du jury était Zhongming Ren.

Le jury était composé de Yves Fautrelle, Xi Li, Xiang Zhao.

  • Titre traduit

    Effet du champ magnétique sur la cristallographie et la microstructure à l'état brut de coulée d'alliages binaires à base d'aluminium


  • Résumé

    Dans ce travail, les effets du champ magnétique sur la cristallographie et la microstructure d'alliages Al lors de la solidification sont systématiquement étudiés. L'étude des phases primaires Al3Fe et Al3Zr indique que l'interface facettée et le maclage influencent leur morphologie. Pour Al3Fe, la faible vitesse de migration des plans parallèles à la direction d'extension conduit à la forme de barre. Le type I de maclage provoque la courbure du cristal. Pour Al3Zr, les vitesses de migration différentes des différents plans conduisent à la forme tabulaire et le maclage composé crée les dentrites. Le maclage est réalisé par cisaillement, remaniement et de fautes d'empilement atomique. Le champ magnétique intense tend à éliminer la ségrégation par gravité d'Al3Fe primaire par la force de viscosité magnétique. Le couple magnétique induit par l'anisotropie magnétique provoque la rotation de l'Al3Fe et Al3Zr primaires et crée une forte orientation préférentielle cristallographique dans la direction du champ. Le champ induit également des bifurcations et des fissures du Al3Fe par la force thermoélectrique magnétique et la différence des coefficients de retrait entre Al3Fe et la matrice. La conjonction de détachement de cristaux, de l'énergie d'aimantation et de la suppression de la diffusion de solutés accroît la nucléation de l'Al3Fe primaire. Au cours de coulée semi-continue, le faible champ magnétique statique transfère les grains équiaxes et colonnaires d'Al-Zn en grains de type « plumeau » maclés, et les grains colonnaires d'Al-Fe en lamelles maclées par la modification des conditions de solidification à l'interface liquide/solide, entraînant la formation de la forte texture cristallographique et des joints de grains de coïncidence (Coincident Site Lattice CSL) de type [sigma]3. Le présent travail contribue à l'enrichissement de la théorie du traitement électromagnétique des matériaux


  • Résumé

    In this work, the effects of magnetic field on the crystallography and microstructure of al alloys during solidification are systematically studied. Study on the primary Al3Fe and Al3Zr phases indicates that the faceted interface and twinning influence their morphology. For the Al3Fe, the low rate of the planes parallel to the extension direction result in the bar shape. The type I twinning causes the crystal to bend. For the Al3Zr, the different migration rates of the planes lead to the tabular shape and the compound twinning creates the dentrites. Twinning is achieved by shearing, reshuffling and atomic stacking fault. High magnetic field tends to eliminate the gravity segregation of the primary Al3Fe by the magnetic viscosity force. The magnetic torque induced by the magnetic anisotropy rotates the primary Al3Fe and Al3Zr and creates strong preferential crystallographic orientation in the field direction. The field also induces bifurcation and cracking of the Al3Fe through the thermoelectric magnetic force and the shrinkage coefficient difference between the Al3Fe and the matrix. Crystal detachment plus magnetization energy and solute diffusive suppression enhances the nucleation of the primary Al3Fe. During semi-continuous casting, the low DC magnetic field transfers the equiaxed and columnar grains in Al-Zn to twinned feathery ones, and the columnar grains in Al-Fe to twinned lamellas by modifying the solidification condition at the liquid/solid front, resulting in the formation of strong crystallographic texture and CSL [sigma]3 boundaries. The present work contributes to the enrichment of the theory of electromagnetic processing of materials

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