Dynamique de formation de la microstructure de solidification d' alliages métalliques : caractérisation par imagerie synchrotron

par Guillaume Reinhart

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Bernard Billia et de Joseph Gastaldi.

Soutenue en 2006

à Aix-Marseille 3 .

mots clés

• Solidification
• Alliages
• Microstructure (physique)
• Cristaux dendritiques
• Quasicristaux

Résumé

Nous avons étudié in situ et en temps réel la solidification dirigée d’échantillons minces d’alliages binaires et d’un quasicristal en combinant radiographie et topographie X. Sur Al-3,5%pdsNi non-affiné, nous avons étudié la formation de l’état initial et la morphologie du front de solidification (croissance cellulaire puis dendritique). Les effets des contraintes mécaniques ont été mis en évidence. La transition colonnaire–équiaxe a été étudiée sur Al-3,5%pdsNi affiné. Nous avons décrit le blocage du front colonnaire et le régime de croissance équiaxe ultérieure. L’efficacité des affinants tend vers une limite. Une analyse de la morphologie des microstructures a été effectuée. L’étude du quasicristal i-AlPdMn montre la croissance de grains dodécaédriques facettés. Nous avons mis en évidence les effets de la convection thermosolutale. La visualisation des contraintes montre une forte déformation des grains. L’apparition de porosités a été observée au cours de la fusion des grains.

Titre traduit

Formation dynamics of solidification microstructures of metallic alloys : characterisation by synchrotron X-ray imaging

Résumé

We studied in situ and real-time the directional solidification of thin samples of binary alloys and a quasicrystal using both X-ray radiography and topography techniques. On Al-3. 5wt%Ni non-refined alloys, we studied the formation of the initial state and the solidification front morphology (cellular then dendritic growth). Mechanical strains wer highlighted. The Columnar to Equiaxed Transition was studied on Al-3. 5wt%Ni refined alloys. We described the blocking of the columnar front and the following equiaxed growth regime. The refining particles efficiency reaches a limit. An analysis of the microstructure morphology was performed. The study of the i-AlPdMn quasicrystal shows the growth of faceted dodecahedral grains. Thermosolutal convection effects were highlighted. Strain visualisation shows a strong deformation of grains. The apparition of porosity was observed during fusion of grains.