Des simulations numériques thermomécaniques sont nécessaires afin de prédire l'apparition des déchirures à chaud, survenant en fin de solidification, dans les procédés de coulée directes des alumineries. Toutefois, ces simulations nécessitent plusieurs intrants notamment des propriétés mécaniques et des lois de comportement à différentes températures. Pour ce projet, un analyseur mécanique dynamique est utilisé afin de caractériser ces intrants pour un alliage d'aluminium 5182 (4.5pds% Mg). L'analyse dynamique en flexion est utilisée pour la première fois afin d'étudier l'évolution du module élastique avec la fraction liquide dans la microstructure. Également, des séries d'essais de fluage sont effectuées en mode traction afin de proposer des lois de comportement. L'utilisation d'un modèle de calcul de parcours de solidification considérant la rétrodiffusion permet d'estimer la fraction liquide en cours d'essais selon la température. Les éprouvettes utilisées pour les différents essais mécaniques ont été usinées à partir d'un lingot d'aluminium 5182 coulé par le procédé de coulée directe. Afin d'étudier l'effet de la microstructure, des éprouvettes ont été usinées à partir de trois positions selon la largeur du lingot. Plus l'éprouvette provient d'une position près de la surface et plus la microstructure est affinée. Les microstructures fines semblent être moins rigides lorsque du liquide est présent dans la microstructure. Également, trois taux de chauffe ont été étudiés pour les analyses dynamiques (10⁰C/min, 20⁰C/min et 30⁰C/min). La température du solidus diminue avec l'augmentation du taux de chauffe puisque l'homogénéisation partielle lors de la chauffe est moins importante. Un plan d'expérience a été effectué pour les essais de fluage avec des éprouvettes provenant de deux positions dans le lingot (surface, centre), testées à trois niveaux de températures(555⁰C, 560⁰C, 565⁰C) et à deux niveaux de contraintes (0.25MPa et 0.50 MPa). Cinq comportements en fluage ont été observés : un fluage uniforme, une fissuration partielle, une localisation suivie d'une rupture, une rupture fragile et un retour de la déformation. Des températures élevées et des contraintes élevées augmentent la prévalence des localisations et des ruptures tandis que les retours de la déformation ne sont observés qu'à plus basse température avec une faible contrainte. Les courbes de fluage uniforme et de fissuration partielle ont été modélisées par des lois de comportements mécaniques. / Numerical thermomechanical simulations are necessary to predict the occurrence of hot tears, occurring at the end of solidification, in direct casting processes of aluminum smelters. However, these simulations require several inputs including mechanical properties and behavior laws at different temperatures. For this project, a dynamic mechanical analyzer is used to characterize these inputs for an aluminum alloy 5182 (4.5wt% Mg). Dynamic bending analysis is used for the first time to study the evolution of the elastic modulus with the liquid fraction in the microstructure. Also, series of creep tests are performed in tensile mode to propose behavioral laws. The use of a calculation model of solidification path considering the back diffusion allows to estimate the liquid fraction during the tests according to the temperature. The specimens used for the various mechanical tests were machined from a AA5182 ingot cast by the direct casting process. In order to study the effect of the microstructure, test specimens were machined from three positions according to the width of the ingot. The closer the specimen is to the surface, the more refined the microstructure. The fine microstructures appear to be less rigid when liquid is present in the microstructure. Also, three heating rates were studied for dynamic analyses (10⁰C/min, 20⁰C/min and 30⁰C/min). The solidus temperature decreases with increasing heating rate since the partial homogenization during heating is smaller. A design of experiment was performed for creep tests with test specimens from two positions in the ingot (surface, center), tested at three temperature levels (555⁰C, 560⁰C, 565⁰C) and at two stress levels (0.25MPa and 0.50 MPa). Five creep behaviors were observed: uniform creep, partial cracking, localization followed by failure, brittle failure, and deformation recovery. High temperatures and high stresses increase the occurrence of localization and failure while deformation recovery is observed only at low temperatures and stresses. The uniform creep and partial cracking curves were modeled by mechanical behavior laws.

La fabrication additive par soudage ultrasons joint de minces feuillards entre eux par le biais de soudures ultrasoniques continues. Puisque ce procédé donne naissance à des composantes qui possèdent des propriétés mécaniques étroitement liées au métal d’apport, le choix des feuillards utilisés est déterminant. Les trois alliages étudiés dans ce projet sont le 5005, 5052 et 5056. Ils possèdent des concentrations respectives en magnésium de 0,8, 2,4 et 4,9 % massique qui augmente rapidement leurs propriétés mécaniques. L’impact de la concentration de cet élément d’alliage a été caractérisé sous plusieurs aspects : la déformation des feuillards, de l’énergie de soudage, des joints produits, des propriétés mécaniques dans les différentes directions de construction et de la microstructure aux interfaces. La résistance mécanique des joints produits est corrélée à l’énergie de soudage, où les effets principaux sont dominés par la température de préchauffe, la vitesse d’avance et l’amplitude d’oscillation. La hausse énergétique est favorisée via la réduction de la vitesse de soudage et de l’augmentation de l’amplitude, menant à des joints plus solides, mais diminuant les propriétés mécaniques dans les autres directions de construction. Les diverses composantes produites ont révélé des propriétés anisotropes, conséquence du procédé et de l’utilisation de feuillards écrouis. Comparativement au matériel de base, des résistances en traction aussi élevées que 105 % selon la direction longitudinale (X), 100 % dans la direction transversale longue (Y) et 45 % dans la direction de déposition (Z) ont été obtenues. Les allongements maximaux observés sont aussi élevés que 25 % en X et 7 % en Y pour certaines conditions évaluées. En revanche, l’alliage 5056 ne permet pas la production de soudures adéquates. Des traces résiduelles d’oxydes en surface sur de larges zones non déformées sont visibles ainsi qu’une augmentation de dureté significativeaux interfaces comparativement auxautres alliages. / Ultrasonic additive manufacturing enables the production of components by generation of bonds between thin foils by continuous ultrasonic welds. Since produced parts have mechanical properties closely linked to the base material, the selectionof foil is decisive and needs to be taken into consideration. The three alloys studied are 5005, 5052 and 5056. They are composed of 0.8, 2.4 and 4.9% weight of magnesium, respectively. The presence of Mg increases notably their mechanical properties. The influence of Mg content on UAM was investigated with respect to the physical changes of foils induced by deformation, welding energy, produced joints, mechanical properties in the different building directions and microstructure at the interface. Joint resistance was found to be correlated to welding energy input, where dominant effects are temperature, welding speed and the amplitude of vibration. Energy can be raised by a decrease of the welding speed as well as the enhancement of the amplitude of vibration, leading to better joints properties but affecting the mechanical responses in other build directions. A large number of components were successfully built and showed anisotropic properties due to the process itself and the use of strain-hardened foils. When comparing tensile results with base material, properties in the longitudinal direction (X) are up to 105% of the foil used, 100 % for the transverse direction (Y) and 45 % for the deposited direction (Z). Depending on the condition tested, tensile deformation up to 25 % in the X-direction and 7 % for the Y-direction was observed. On the other hand, the 5056 alloy could not be adequately welded and showed multiple areas where residual surface oxide was present, paired with adrastic increase of hardness at the interfacecomparatively to other alloys.

L'une des façons d' augmenter les performances mécaniques des pièces moulées est de réduire la taille moyenne des grains. L'utilisation des effets de la vibration du moule lors de la solidification permet d'agir en ce sens, soit sur l'affinage des grains. La présente étude porte donc sur l'affinage des grains par vibro-solidification d' alliages binaires Al-Mg. Les vibrations sont transmises au moule à l'aide d'une poutre d'acier vibrant à sa propre fréquence de résonance. Cinq alliages avec des teneurs en magnésium comprises entre 0% et 12,90/0 poids, ont été moulés dans un moule préchauffé à des températures variant entre 200°C et 400°C. Pour chacune des conditions de moulage avec et sans vibration, la microstructure des pièces moulées et le degré de remplissage du moule ont été caractérisés. Les résultats obtenus montrent que la vibro-solidification ne contribue pas de façon significative à l'affinage de la structure granulaire des alliages étudiés, mais contribue à un degré supérieur de remplissage des moules. Le taux de refroidissement en surface et au coeur des pièces moulées n'est pas influencé significativement par les vibrations. Par contre, la présence de vibrations lors de la coulée apporte une plus grande uniformité dans les résultats obtenus. Finalement, une augmentation de la teneur en Mg de 0 à 12,9% dans l'alliage contribue à réduire la taille moyenne des grains d'environ 26 % dans les pièces vibrées comparativement à environ 23 % dans les pièces non vibrées. De plus, les pièces solidifiées avec vibrations montrent un fini de surface plus rugueux et des bavures plus apparentes sur le pourtour des pièces moulées à cause d'un accroissement de la fluidité de l'alliage.

L'objet de ce travail était l'étude de l'oxydation d'un alliage aluminium-5% magnésium à l'état liquide sous oxygène, par analyse thermogravimétrique, en s'appuyant sur celle du magnésium à l'état solide. Dans la plupart des cas, la vitesse absolue d'une réaction est proportionnelle au produit de la réactivité de croissance et de la fonction d'espace caractérisant les dimensions des zones réactionnelles mises en jeu dans le mécanisme de croissance. Nous avons vérifié que c'est le cas de la réaction étudiée ici c'est-à-dire la formation de l'oxyde de magnésium. Les mécanismes de formation de la magnésie dépendent de la pression partielle d'oxygène fixée dans l'enceinte réactionnelle, l'allure des courbes cinétiques ainsi que les morphologies des oxydes formés étant très différentes selon la pression d'oxygène. Sous de faibles pressions partielles, la réaction a lieu en phase gaz après évaporation du magnésium. Dans le cas de l'alliage, un mécanisme de formation de l'oxyde en phase gaz a été proposé. Ce modèle permet de rendre compte de l'influence de la pression partielle sur la vitesse de formation par unité de surface d'évaporation de la magnésie. Dans le domaine de fortes pressions d'oxygène et pour le magnésium solide, une modélisation physico-chimique décrivant les mécanismes de croissance de la magnésie et prévoyant l'évolution au cours du temps de la fonction d'espace a été proposée et validée par confrontation aux résultats expérimentaux. Dans le cas de l'alliage, les courbes cinétiques obtenues dans des conditions isothermes et isobares se sont révélées non reproductibles. Une méthodologie d'étude, basée sur l'utilisation de la méthode des décrochements, a rendu possible la modélisation de la croissance de l'oxyde. En effet, cette méthode a permis de déterminer l'origine de la non reproductibilité des courbes cinétiques, à savoir l'évolution aléatoire de la fonction d'espace, et d'obtenir les variations de la réactivité de croissance avec la pression d'oxygène. En nous appuyant sur la modélisation proposée pour le magnésium, nous avons proposé un modèle physico-chimique décrivant les mécanismes de croissance de l'oxyde et rendant compte de l'influence de la pression d'oxygène