Influences de la précipitation sur le comportement thermomécanique lors de la trempe d'un alliage Al-Zn-Mg-Cu

par David Godard

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Élisabeth Gautier.

Soutenue en 1999

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .

mots clés

• Aluminium -- Alliages -- Trempe
• Aluminium -- Alliages -- Propriétés thermomécaniques
• Durcissement superficiel -- Modèles mathématiques

Résumé

La trempe est une opération critique lors de l'élaboration des alliages d'aluminium à durcissement structural. Les vitesses de refroidissement élevées nécessaires pour maintenir la solution solide sursaturée génèrent des contraintes internes. Dans le cas de la trempe de produits épais, la précipitation se développe cependant, car les vitesses de refroidissement peuvent être localement faibles. Elle modifie les propriétés mécaniques du matériau, et peut donc affecter les contraintes internes développées au refroidissement. Nous avons étudié ces différents effets pour un alliage al-zn-mg-cu. La précipitation se développant au refroidissement a été caractérisée à différentes échelles par trempe interrompue. Les sites de germination et les phases formées ont été étudiés par microscopie électronique. Les cinétiques de précipitation à haute température ont été suivies par resistivimetrie in-situ. L’évolution du rayon des précipités à basse temperature a été déterminée par diffusion centrale des rayons x aux petits angles. Le comportement mécanique au refroidissement a été identifié par trempe interrompue. Ses différentes caractéristiques ont été reliées à la température, ainsi qu'aux cinétiques de précipitation. La déplétion de la solution solide diminue la limite d'élasticité, alors que la précipitation homogène introduit un durcissement. Un modèle a été établi afin de décrire ces phénomènes. Les précipitations hétérogène et homogène sont prises en compte grâce à une approche moyenne. La germination est traitée à partir des théories statistiques classiques. L’équilibre local à l'interface des précipités permet de traiter la croissance. Une sursaturation en lacunes est introduite afin de traduire l'accélération de la diffusion. Le lien avec le comportement mécanique s'effectue grâce à des lois classiques de durcissement par solution solide et par précipitation cohérente. Ce modèle a été valide à chaque étape. Compte tenu des différentes hypothèses, l'accord entre simulation et expérience est satisfaisant. Ce modèle a été introduit dans le code de calcul thermomécanique marc afin d'appréhender les conséquences de la précipitation sur la genèse des contraintes internes dans une tôle forte. Seule la précipitation homogène influence au final le niveau des contraintes internes dans la zone en compression sous la surface. Ces calculs permettent également de décrire l'appauvrissement de la solution solide dans l'épaisseur de la tôle.

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