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El cobre es uno de los materiales metálicos más utilizados hoy en día debido a sus excelentes propiedades eléctricas y térmicas, sin embargo, la baja resistencia mecánica que exhibe, ha llevado a alearlo con otros elementos como el Ti, con el cual se han logrado notables mejoras en las propiedades mecánicas luego de realizarle tratamientos de envejecimiento. El presente trabajo de título pretende analizar la influencia de la adición de una pequeña concentración de Cr en el endurecimiento por precipitación de aleaciones binarias de Cu-Ti. Con esta finalidad, sobre una aleación ternaria de Cu-5%wt.Ti-0.5%wt.Cr, se realizaron análisis calorimétricos (DSC), ensayos de microdureza Vickers y análisis TEM. El análisis energético y cinético de las curvas calorimétricas, fue realizado mediante los modelos de Kissinger modificado y Mehl-Johnson-Avrami (MJA), respectivamente. Los ensayos de dureza y el análisis TEM, fueron realizados para distintos tratamientos de envejecimiento, cada uno de ellos asociado a los diferentes procesos de transformación de fase presentados por el material. Las curvas calorimétricas muestran la presencia de dos procesos exotérmicos, seguidos de una reacción endotérmica y una última exotérmica, las que fueron observadas para todas las velocidades de calentamiento utilizadas. Los procesos exotérmicos pueden ser asociados a la formación de las fases Cu4Ti, Cr2Ti y Cu3Ti, respectivamente, mientras que el endotérmico corresponde a la disolución parcial de alguna de las dos primeras fases formadas, Cu4Ti o Cr2Ti. Se puede afirmar que los procesos de transformación y crecimiento son gobernados por difusión. Las energías de activación obtenidas en los procesos exotérmicos fueron de 120, 93 y 179 [kJ/mol] para el Cu4Ti, Cr2Ti y Cu3Ti, respectivamente. Los bajos valores obtenidos para los dos primeros procesos pueden atribuirse a la contribución de las vacancias introducidas por el temple. Para el proceso de disolución se obtuvo una energía de activación de 211 [kJ/mol]. Los resultados cinéticos establecen que el Cr2Ti precipita por nucleación y crecimiento, mientras que el Cu3Ti precipita en los bordes de grano. El análisis TEM permitió observar una descomposición espinodal con fluctuaciones de la concentración de Ti, correspondiente a la precipitación continua de la fase metaestable Cu4Ti. Los resultados de la microdureza determinaron que la aleación es predominantemente reforzada por mecanismos de endurecimiento por precipitación, observándose un incremento de dureza de 171 HV, desde la condición templada, al peak de dureza alcanzado. Estos incrementos de dureza obtenidos, establecen una mejora en las propiedades mecánicas de la aleación ternaria con respecto a los presentados por la aleación binaria, donde el mayor reforzamiento de la matriz está asociado a la precipitación de partículas de Cu4Ti.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第16798号 / 工博第3519号 / 新制||工||1532(附属図書館) / 29473 / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 白井 泰治, 教授 酒井 明, 教授 杉村 博之 / 学位規則第4条第1項該当

Les alliages de cuivre au béryllium, caractérisés par un durcissement structural, sont de par leurs propriétés mécaniques proches de certains aciers (Rm#1230MPa, Re0.2#1060MPa, A%#6.5 à l'état trempé écroui revenu). D'autre part, ils présentent de hautes conductivités thermiques et électriques (22%I.A.C.S), une bonne résistance à l'usure et à la corrosion, et ils sont amagnétiques. La conjugaison de ces différentes propriétés permet aux alliages de Cu-Be d'accéder à une large une gamme d'applications (disques de frein pour les avions, électrodes de soudage, ressort Bourdon de la source pour manomètre, cordes de guitare etc.).Cependant, en plus du coût élevé du béryllium, le principal inconvénient de ces alliages est la présence d'oxyde de béryllium qui est nocif lorsqu'il est inhalé sous forme de poudre ou de vapeur. Malgré toutes les précautions qui peuvent être prises pendant l'élaboration de ces matériaux, le risque demeure. En conséquence, pour préserver des conditions environnementales saines, une politique de recherche d'alliages de substitution possédant des propriétés physiques et mécaniques aussi remarquable que les alliages de Cu-Be a été menée. Au terme d'une étude bibliographique deux principales familles d'alliages riches en cuivre se sont distinguées pour leurs propriétés mécaniques comparables à celles développées par les alliages Cu-Be riches en cuivre : les systèmes Cu-Ni-X (X=Sn, Si) et Cu-Ti-X(X=Al,Sn) dans le coin riche en cuivre. Néanmoins, ces alliages ne sont pas exempts de problème. Par exemple, l'étain a tendance à ségréger lors de la solidification des alliages du système Cu-Ni-Sn élaboré en coulée continue, sans compter que ces mêmes alliages présentent un faible allongement à rupture après revenu. Un autre exemple est la faible conductivité électrique des alliages Cu-Ti (<8%I.A.C.S) en comparaison avec le CuBe2. Donc, pour améliorer ces performances, une optimisation des compositions chimiques et des traitements thermiques s'est avérée nécessaire. A cette fin quatre premiers alliages ont été retenus : le CuNi15Sn8, le CuNi6Si1.8Cr, le CuTi3Al2 et le CuTi3Sn2.75. Les travaux de recherche ont débutés par une analyse microstructurale de la ségrégation et des états filés trempés de ces matériaux dans le but d'appréhender les difficultés pouvant être rencontrées lors de leur élaboration. La deuxième partie s'est axée sur les phénomènes de précipitation lors des revenus durcissants où la relation propriétés mécaniques/électriques et microstructure a été établie dans la mesure des connaissances actuelles. Le projet a ensuite été réorienté par les résultats obtenus sur chacun des alliages de référence. Ainsi, l'influence des éléments mineurs a complété l'étude du CuNi15Sn8 tandis l'affinement de la composition en éléments majeurs des alliages CuNi6Si1.8Cr, CuTi3Al2 et CuTi3Sn2.75 a été privilégié. Des alliages sont ainsi proposés pour une validation semi-industrielle avec un programme de caractérisation plus complet.