Étude de l'effet des mouvements de convection sur les structures de solidification et ségrégations de l'alliage d'aluminium 5182

The effect of convection in solidification structures and segregations of 5182 aluminum alloy

• Auteur / Autrice : Sabrina Sferdjella
• Direction : Hervé Combeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et ingénierie des matériaux
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solidification

Aluminium -- Alliages

Ségrégation (métallurgie)

Résumé

Dans le but de comprendre l'influence des mouvements de convection sur les structures de solidification et ségrégations de l'alliage d'aluminium 5182, des coulées de billettes de 76 mm de diamètre de cet alliage ont été réalisées au Centre de Recherche de Voreppe (ALCAN-Péchiney). Le dispositif utilisé est équipé d'un inducteur générant un champ électromagnétique qui permet la mise en mouvement du métal liquide. Celui-ci peut se faire dans le sens de la convection naturelle ou en sens inverse. Quatre intensités de courant ont été utilisées. L'influence de l'affinage et de la surchauffe a également été étudiée. Les billettes ainsi obtenues sont soit affinées ou non affinées, coulées avec une forte surchauffe (35°C - 40°C) ou une faible surchauffe (15 - 30°C), brassées en sens direct ou en sens inverse, avec différentes intensités de brassage appliquées successivement pendant la coulée. Les résultats obtenus ont montré une influence de ces différents paramètres sur les profils de température enregistrés au centre des billettes, sur la structure des billettes et sur les profils de microségrégation. Les profils de température dans le cas des échantillons brassés en sens direct et inverse présentent un palier, autour du liquidus dans le cas des billettes non affinées et à 2,5°C de surfusion dans le cas des billettes affinées. Ce palier pourrait être le résultat d'un fort couplage entre le mouvement de grains et leur croissance ou refusion. L'analyse des structures montre la présence d'alternances de bandes colonnaires et équiaxes dans le cas des billettes non affinées brassées. La position des bandes colonnaires dépend de la force et du sens de brassage ainsi que de la surchauffe. Ces alternances sont expliquées à travers un diagramme GV en considérant les temps de croissance des structures colonnaires et équiaxes, ainsi que le temps de transport des grains équiaxes. Dans le cas des billettes affinées, la structure est formée de grains équiaxes dendritiques et/ou globulaires. On a observé une augmentation de la proportion de grains globulaires lorsque le brassage augmente, ainsi qu'une diminution de la taille de grains, même dans le cas des billettes affinées, lorsque la surchauffe est faible. Les résultats montrent aussi une influence du brassage sur les profils de microségrégation via la microstructure. Les profils présentent une courbure négative dans le cas des structures dendritiques, qui devient positive lorsque la proportion de grains globulaires augmente.

In order to understand the influence of convection on the formation of solidification structures and segregations in 5182 Aluminium alloy, billets of this alloy were cast at Centre de Recherche de Voreppe (ALCAN-Péchiney). The billets were 76 mm in diameter and cast in a semi-continuous system. The mould was inserted into an inductor generating an electromagnetic field which permits the stirring of the melt. The stirring was applied either in the direction of the natural convection, or in the reverse direction. Four intensities were used. The effect of grain refining and superheat was also studied. The billets obtained were refined or not, cast with high superheat (35°C - 40°C) or low superheat (15 - 30°C), and were stirred directly or inversely with the four stirring intensities, applied successively during the casting. The results showed that the different parameters used have some influence on the temperature profiles, on the billet structure and on the microsegregation profiles. In the case of stirred and non refined billets, it was observed that the temperature profiles present an isothermal plateau around the liquidus temperature. In the case of stirred and refined billets, the isothermal plateau was at 2. 5°C of undercooling. This plateau was associated with the transport and growth of the solid. The observations of the billet structure show the presence of bands of columnar grains alternated with bands of equiaxed grains, in the case of stirred and non grain refined billets. These bands were explained using a GV diagram, considering the growing time of the columnar and equiaxed grains, and the transport time of the equiaxed grains. In the case of grain refined billets, the structure observed is formed of dendritic and/or globulitic grains. It was observed that the extent of globulitic grains increased when the stirring intensity increased ; it was also observed that the grain size decreased when the stirring increased even with grain refined billets. Results show a decrease of grain size with low superheat. The microsegregation profiles show an influence of the stirring via the structure of the billet. It was observed that for the dendritic structure, the microsegregation profiles present a negative curvature which becomes positive when the extent of the globulitic grains increases.