Maitrise de la microstructure des alliages de plomb-antimoine mis en forme par fonderie

par Quentin Boyadjian

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Pascal Paillard.

Le président du jury était Philippe Bocher.

Le jury était composé de Silvère Akamatsu, Thierry Baudin, Jacques Lacaze.


  • Résumé

    Les alliages de plomb-antimoine permettent à 1 milliard de véhicules thermiques de démarrer quotidiennement mais sont également utilisés dans le secteur médical et de l’énergie pour réaliser des équipements de radioprotection. Or la littérature montre une grande disparité des propriétés mécaniques et électrochimiques de ces alliages en fonction des conditions de sollicitation. La cause de cette confusion est liée à une sous-estimation de la sensibilité de ces matériaux à la température et à la vitesse de déformation. La température ambiante représente en effet la moitié de la température de fusion du plomb (en Kelvin) qui subit alors un recuit permanent. Les phénomènes thermiquement activés tels que la restauration et la recristallisation ne sont donc pas négligeable dans la modélisation du comportement mécanique de ces alliages. Après avoir modélisé l’influence de l’antimoine et de la vitesse de solidification sur les propriétés des microstructures de fonderie, une modélisation du comportement mécanique lors de grandes déformations est proposée. Le modèle déterminé est fidèle aux données expérimentales et intègre la sensibilité du matériau aux conditions de déformation sous la forme du paramètre de Zener- Hollomon. Les hétérogénéités de propriétés mécaniques qui sont issues de l’assemblage par soudage TIG sont expliquées par la présence conjointe des deux microstructures : une morphologie de solidification dans le cordon de soudure et une morphologie de déformation dans les laminés. Dans les alliages de plomb-antimoine, une microstructure hybride est créée à l’interface par un phénomène de fusion partielle des joints de grains.

  • Titre traduit

    Microstructure understanding of lead-antimony alloys made by casting process


  • Résumé

    Lead-antimony alloys allow 1 billion thermal vehicles to start daily but are also used in the medical and energy sector to produce radiation protection equipment. However, the literature shows a great disparity in the mechanical and electrochemical properties of these alloys depending on the conditions of stress. The cause of this confusion is related to an underestimation of the sensitivity of these materials to temperature and strain rate. The ambient temperature represents in fact half the melting temperature of the lead (in Kelvin) which then undergoes a permanent annealing. The thermally activated phenomena such as restoration and recrystallization are therefore not negligible in the modeling of the mechanical behavior of these alloys. After modeling the influence of antimony and the rate of solidification on the properties of solidification microstructures, a modeling of the mechanical behavior during large deformations is proposed. The determined model is faithful to the experimental data and incorporates the sensitivity of the material to the deformation conditions thanks to the Zener-Hollomon parameter. The heterogeneities of mechanical properties that arise from the TIG welding are explained by the presence of two microstructures: a solidification morphology in the weld bead and a deformation morphology in the rolls. For leadantimony alloys, a hybrid microstructure is created at the interface by a phenomenon of partial melting of the grain boundaries.


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