Microstructure, les contrainte internes et les propriétés mécaniques de alliage Al-Sc-Zr après déformation plastique

par Chengyi Dan

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Vincent Ning Ji.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes , en partenariat avec Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2015 .


  • Résumé

    La mise en forme de matériaux et de composants mécaniques accompagne systématiquement de déformation plastique. La déformation plastique des alliages est souvent anisotrope et hétérogène à cause de l'anisotropie cristalline des alliages et du procédé appliqué. Ces anisotropies et hétérogénéités génèrent une évolution de la microstructure, des contraintes internes à différentes échelles et des modifications des propriétés mécaniques des alliages étudiés. Les alliages base d'aluminium sont utilises pour alléger la structure et trouvent de nombreuses applications industrielles. L'alliage Al-Sc-Zr est un nouvel alliage à durcissement structural. L'étude de l'évolution microstructurale, des contraintes internes et des propriétés d'utilisation pendant la mise en forme de l'alliage est extrêmement importante pour exploiter la relation entre procédé-microstructure-propriétés. Peu de travaux ont été publiés à ce jour pour relier la microstructure, les contraintes internes et les propriétés de l'alliage Al-Sc-Zr déformé en considérant l'anisotropie et l'hétérogénéité de l'alliage. En collaboration avec Dr. Zhe Chen de Shanghai Jiao Tong University, l'alliage Al-Sc-Zr sera élaboré par le procédé de fonderie en compression et sera déformé plastiquement par différents moyens mécaniques (laminage par exemple etc…). L'évolution de la microstructure de l'alliage Al-Sc-Zr déformé sera étudiée par FEG-MEB (précipités, morphologies, EDX); L'anisotropie cristalline sera analysée par l'EBSD avec FEG-MEB et par les figures de pôles obtenues par la diffraction des rayons-X (DRX); Les contraintes internes seront étudiées par l'analyse de l'élargissement des raies de diffraction (pour les contraintes microscopiques) et par la méthode classique de sin2 (pour les contraintes macroscopiques). Les essais mécaniques conventionnels (tels que la traction monotone, la mesure de dureté) seront aussi effectués sur l'alliage déformé. Quelques experiences spécifiques sont également programmées afin d'étudier la microstructure de l'alliage Al-Sc-Zr déformé: - En collaboration avec LLB Saclay, la diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) sera utilisée pour quantifier la distribution et la taille des précipités dans l'alliage ; - L'étude de la relation contrainte-déformation par essai de traction sera réalisée par la méthode de diffraction (neutron, synchrotron ou/et Rayons-X) afin de vérifier l'effet de l'orientation sur les comportements macroscopiques. - L'évolution de l'énergie stockée et de la densité de dislocations sera évaluée sur l'alliage déformation par l'analyse de l'élargissement de rais (Neutron, Synchrotron, X-ray).

  • Titre traduit

    microstructure, contrainte interne and propriétés mécaniques de l'alliage Al-Sc-Zr déformé plastiquement


  • Résumé

    Materials and mechanical components forming accompany systematically plastic deformation. The plastic deformation of metallic alloys is often anisotropic and heterogeneous dues to alloys' crystallographic anisotropy and materials process. Those anisotropy and heterogeneity lead to alloys' microstructure features, generate multi-scale internal stress and change alloys mechanical properties. As a lightweight alloy with high strength, aluminum alloys play a significant role with their very broad range of applications. Al-Sc-Zr alloy is a new age-hardenable precipitation-strengthened alloy. The study about the microstructures evolution, the internal stresses and the using properties during alloys forming is extremely important to exploit the relationship between process-microstructure-property. Until now, few works have been published to relate the microstructure, the internal stress and the properties of deformed Al-Sc-Zr alloy in considering materials anisotropy and heterogeneity. In collaboration with Dr. Zhe Chen from Shanghai Jiao Tong University, Al-Sc-Zr alloy will be elaborated by compression casting and be deformed plastically by different modes (rolling etc…). The microstructure evolution of deformed Al-Sc-Zr alloy will be studied by SEM-FEG (precipitates, morphology, EDX); the crystalline anisotropy will be studied by EBSD with SEM-FEG and by pole figures with X-ray diffraction (XRD); the internal stress will be analyzed by XRD profile broadening for micro-stress and by XRD sin2 method for residual stress. Conventional mechanical tests (such as tensile test, hardness) will also be carried out for deformed alloy. Some specific experiences will also be programmed to study the microstructure of alloy: - in collaboration with LLB Saclay, Small Angle Neutron Scattering (SANS) will be used to quantity the precipitate distribution and size in alloy; - in-situ tensile stress-strain relationship will be studied by diffraction method (neutron, synchrotron or/and x-ray) to check the crystalline orientation effect on macroscopic behaviors. - The evolution of stock energy and dislocation density will be evaluated for deformed alloy by diffraction profile analysis (Neutron, Synchrotron, X-ray).