Microtomographie in situ appliquée à la déformation et la solidification d'alliages d'aluminium

par Bastien Mireux

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Luc Salvo et de Michel Suéry.

Soutenue le 13-11-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Sciences et Ingénieurie des Matériaux et des Procédés (équipe de recherche) .

Le président du jury était Thierry Duffar.

Le jury était composé de Jean-marie Drezet.

Les rapporteurs étaient Michel Bellet, Bernard Billia.


  • Résumé

    La fissuration à chaud est un défaut majeur intervenant en fin de solidification d'alliages métalliques, lorsque le matériau est encore à l'état semi solide. L'objectif de cette thèse est d'apporter une contribution à la prévision de ce phénomène. Pour cela il est nécessaire de caractériser la déformabilité de la phase solide d'un matériau à l'état semi solide et d'apporter des informations au niveau local sur la microstructure lors de sa déformation (fractions de liquide et de pores, épaisseur de films de liquide, vitesses d'écoulement du liquide, indice de coalescence des pores...). Le comportement macroscopique de la phase solide sur la ligne de solidus a été déterminé et validé par des essais de compression à chaud. Cette loi de comportement a également été comparée avec plusieurs modèles analytiques. La différence de comportement mécanique entre une microstructure de composition homogène et une microstructure à gradient de composition a été mise en évidence. Des informations microscopiques en temps réel sur des échantillons à l'état semi solide soumis à un effort de traction ont été obtenues par microtomographie in situ standard en conditions isothermes et en solidification. Un modèle analytique prédictif de la fissuration à chaud a été modifié pour mieux rendre compte des valeurs expérimentales. Pour gagner en résolutions temporelle et spatiale, un dispositif de traction destiné à l'utilisation de la microtomographie in situ rapide ou ultra rapide a été conçu et réalisé. Les essais en conditions isothermes et en solidification sont désormais reproductibles sur une microstructure obtenue par refusion. Des phénomènes rapides au sein d'une microstructure très fine sont maintenant observables.

  • Titre traduit

    in situ Microtomography applied to deformation and solidification of aluminium alloys


  • Résumé

    Hot tearing is a defect which forms at high solid fraction in solidifying alloys, when the material is still semi solid. This work aims at bringing a contribution to the prevision of this phenomenon. To be able to do that, it is necessary to characterize deformability of the semi-solid alloy solid phase, and also bring local information on microstructure during its straining (liquid and pore fractions, liquid films thickness, liquid flow velocity…). Solid phase macroscopic behaviour on solidus line has been determined and validated by hot compression tests. The calculated behaviour law has also been compared with several analytical models. Mechanical behaviour differences between homogeneous and composition gradient microstructure has been put in evidence. Real time microscopic information on tensile tested semi solid samples have been obtained by in situ standard microtomography, in isothermal and solidification conditions. An analytic hot tearing predictive model has been modified to better fit the experimental data. An experimental device has been developed and realized to be able to carry out high and ultra high speed microtomography. These two methods bring better both time and space resolution. High velocity phenomenons in very fine microstructures can thus be visible. Isothermal and solidification conditions tests and now reproducible on remelted samples.


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