Les alliages ferromagnétiques à mémoire de forme (FSMAs : Ferromagnetic shape memory alloys) avec des compositions proches de Ni2MnGa ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur effet de mémoire de forme gigantesque et de leur réponse rapide et dynamique. Dans ce travail, la structure cristalline, la cristallographie de transformation marténitique, la texture et l’effet de l'addition de Co à l'alliage Ni-Mn-Ga sont examinés systématiquement. Les mesures de diffraction aux neutrons montrent que la structure de Ni53Mn25Ga22 est caractérisée par un réseau tétragonal du groupe I4/mmm de 20K jusqu'à 403K avec une prétransformation ayant lieu dans la phase martensitique autour de la température ambiante alors que la structure de l'alliage Ni48Mn30Ga22 est caractérisée par un réseau de Heusler cubique L21 de 373K à 293K. La structure cristalline de ce dernier alliage se transforme en structure martensitique orthorhombique à 7 couches s'il est refroidi à 243K. Il n'y a plus la transformation intermartensitique lorsqu’il est refoidi jusqu'à 19K. Les résultats d’EBSD (Electron Backscattered Diffraction) nous permettent de déterminer que les variants martensitiques voisins possèdent une relation de macle composée, avec les éléments de K1 = {112}, K2 = {112}, η1 = <111>, η2 = <111>, P = {110} et s =0.379. Le plan d’interface entre les macles coïncide avec le plan de maclage. Le rapport de quantités relatives de paires de macles au sein d'un même grain d'austénite initiale est d'environ 1.70. La relation d'orientation dominante entre l'austénite et la martensite est la relation de Kurdjumov-Sachs (K-S) avec (111)A//(101)M, [110]A//[111]M. Le plan d’habitat calculé par la théorie cristallographique phénoménologique est {0.690 –0.102 0.716}A, qui est proche de {1 0 1}A. L'amplitude et l'angle du cisaillement sont 0.121 et 6.88°C. La direction du cisaillement est <-0.709 0.105 0.698>A qui est proche de <-1 0 1>A dans ce même plan. Les macles à l'échelle nanométrique au sein des lamelles martensitiques sont observées dans l'alliage Ni53Mn25Ga22 recuit à 1173K pendant 4 heures et suivi d'un refroidissement à l'intérieur du four. Deux types d'interfaces sont trouvées, qui sont d'une part l'interface marquée par l'interpénétration des nano-macles entre les lamelles et d'autre part l'interface avec des marches au sein même des lamelles. Les relations d'orientations entre les nano-macles séparées par les deux types d'interfaces ont été déterminées. Le texture de l'alliage Ni-Mn-Ga est développée par forgeage à chaud. L'évolution de la texture dans l'alliage forgé à chaud lors de la déformation ultérieure à température ambiante et suivie de recuit est trouvée associée à l'effet de mémoire de forme activé thermiquement. La texture évolue de manière significative lors de la déformation et reprend l’état initial après le recuit qui suit. Un excellent effet de mémoire de forme avec le rapport de recouvrement de 74% est observé. La substitution de Co pour Ni dans les alliages Ni53-xMn25Ga22Cox (x=0-14 at.%) s'avère très efficace pour élever la température de Curie. La température de transformation martensitique décroît un peu si la teneur en Co est inférieure à 6%. Au contraire, une chute brusque de la température de transformation martensitique s’opère quand la teneur en Co dépasse 6% du fait du désordre atomique par l’addition de Co en grande quantité. Cela suggère que la substitution de Co pour Ni en petite quantité est utile pour développer des alliages ferromagnétique à mémoire de forme avec température de transformation martensitique et température de Curie élevées. L'étude des aspects fondamentaux tels que la microstructure, la cristallographie et la transformation de phase des alliages ferromagnétique à mémoire de forme est importante pour améliorer les performances fonctionnelles des alliages Ni-Mn-Ga actuels et pour concevoir de nouveaux alliages à mémoire de forme prometteurs / Ni-Mn-Ga ferromagnetic shape memory alloys (FSMAs) with chemical composition close to Ni2MnGa have received great attention due to their giant magnetic shape memory effect and fast dynamic response. In this work, the crystal structure, martensitic transformation crystallography, texture and alloying in Ni-Mn-Ga FSMAs are systematically investigated. In situ neutron diffraction experiments show that Ni53Mn25Ga22 has a tetragonal I4/mmm structure from 20K to 403K, with a pretransformation occurring in the martensitic phase around room temperaure. Ni48Mn30Ga22 has a cubic, L21 Heusler structure from 373K to 293K. Its crystal structure changes into a seven-layered orthorhombic martensitic structure when cooled to 243K. There is no intermartensitic transformation upon further cooling to 19K. Electron backscatter diffraction (EBSD) analyses show that the neighboring martensitic variants in the Ni53Mn25Ga22 alloy have a compound twinning relationship with the twinning elements K1 = {112}, K2 = {112}, η1 = <111>, η2 = <111>, P = {110} and s =0.379. The twin interface plane coincides with the twinning plane. The ratio of the relative amounts of twins within the same initial austenite grain is ~1.70. The main orientation relationship between austenite (A) and martensite (M) is Kurdjumov-Sachs (K-S) relationship with (111)A//(101)M, [110]A//[111]M. Based on the crystallographic phenomenological theory, the calculated habit plane is {0.690 -0.102 0.716}A (5.95° from {101}A), and the magnitude, direction and shear angle of the macroscopic transformation shear are 0.121, <-0.709 0.105 0.698>A (6.04° from <-101>A) and 6.88°, respectively. Nanoscale twins inside the martensitic lamellae are found in the Ni53Mn25Ga22 alloy annealed at 1173K for 4h followed by furnace cooling. Two kinds of interfaces, i.e. interpenetrated inter-lamellar interface and stepped intra-lamellar interface, are observed. The orientation relationships between the nanotwins connected by different interface configurations are determined. Texture in Ni-Mn-Ga FSMAs is developed by hot forging. The texture evolution in the hot-forged Ni48Mn25Ga22Co5 alloy after room temperature deformation and subsequent annealing is found to be closely related to its thermally activated shape memory effect. The texture changes significantly during deformation and it recovers to its initial state after subsequent annealing. An excellent shape memory effect with a recovery ratio of 74% is observed. The substitution of Co for Ni in Ni53-xMn25Ga22Cox (x=0-14) alloys proves very efficient in increasing the Curie temperature. It only slightly decreases the martensitic transformation temperature when the Co content is less than 6%. In contrast, an abrupt decrease of martensitic transformation temperature is observed when the Co content exceeds 6%, due to the atomic disorder as a result of the addition of a large amount of Co. It is suggested that the substitution of a small amount of Co for Ni is helpful to the development of FSMAs with high martensitic transformation temperature and high Curie temperature. Insights into the fundamental aspects such as microstructure, crystallography and phase transformation in Ni-Mn-Ga FSMAs are of great significance to the improvement of the functional performances of the present Ni-Mn-Ga alloys and to the design of new promising FSMAs

Ce travail concerne l’étude de la corrosion et du frottement du revêtement CrNi-9,5%C déposé par projection thermique sur l’acier SAE 1010. Les études ont été réalisées sur les revêtements bruts de déposition et après traitements thermiques à l’argon dans une gamme de températures variant entre 600 et 900 °C. Il a été trouvé que le revêtement était principalement constitué de Cr3C2 et NiCr en rapport avec la température de traitement. Il a été montré que la réponse du matériau revêtu au cours d’essais potentio-dynamiques dans une solution à 3.5% NaCl dépend fortement de l’épaisseur du revêtement et de l’évolution de la microstructure au cours des traitements thermiques. Il a été ainsi montré que le traitement réalisé à 900oC sur le revêtement de 450 mm d’épaisseur permettait de réduire de 97% la densité de courant de corrosion. Cela résulte d’un phénomène de diffusion à l’état solide qui conduit à une meilleure cohésion inter-lamellaire empêchant la solution de corrosion de pénétrer. Le principal mécanisme de corrosion est galvanique et résulte de la différence remarquable entre les propriétés électrochimiques de la matrice et de celles des carbures existants dans le revêtement. Durant les essais de frottement sous une charge de 5 N du matériau revêtu contre une bille d’alumine, on observe un changement progressif du mécanisme de frottement passant d’adhésif/abrasif à abrasif, principalement, lorsque la température du traitement augmente. Toutefois, les constantes de frottement sont du même ordre de grandeur, environ 10-6 mm3/N.m, ce qui indique un comportement satisfaisant du point de vue tribologique. / The present work has been devoted to the study of the corrosion and wear behaviors of CrNi-9.5%C coatings deposited onto a SAE 1010 steel substrate by a vacuum plasma thermal spray process. The studies were carried out with the coatings both in the as-deposited condition and after heat treatment in argon, at temperatures varying between 600° to 900oC. It has been found that the coatings contained mainly Cr3C2 and NiCr, irrespective to the heat treatment temperature. It has been shown that the response of the coated systems during the potentio-dynamic tests in a 3.5% NaCl solution depends strongly, besides the coating thickness, on the microstructural coating evolution that occurs during heat treatment. It has been found that the heat treatment performed at 900oC, for the 450 mm coating thickness, allowed the reduction of approximately 97% of the corrosion current density, as a result of a solid-state diffusion phenomenon, which produced a higher lamellar cohesion, impeding the penetration of the corrosive solution. The main corrosion mechanism has been attributed to the galvanic corrosion phenomenon, as a consequence of the remarkable difference between the electrochemical properties of the matrix and those of the existing carbides in the coating. During the sliding tests, the coated systems rubbed against alumina under a 5 N normal load, indicated a progressive change in the mechanism, from a mixed adhesive and abrasive, to a predominant abrasive as the heat treatment temperature increases. However, the wear constants were found to be of the order of approximately of 10-6 mm3/N.m, indicating that a satisfactory behavior from the tribological point of view. / En el presente trabajo se estudio el comportamiento ante la corrosión y el desgaste de recubrimientos de CrNi9,5%C depositados sobre un acero SAE 1010 usando la técnica de proyección térmica de plasma al vacío (VPS). Los estudios se realizaron para los recubrimientos tanto en condición de cómo depositados como tratados térmicamente, en atmósfera de argón, a temperaturas de recocido de 600°, 800° y 900°C. Se encontró que el recubrimiento tiene Cr3C2 y NiCr como fases mayoritarias, independiente de la temperatura del tratamiento. La respuesta de los sistemas recubiertos durante los ensayos potencio-dinamicos en solución acuosa de 3.5% NaCl indicó una significativa dependencia tanto del espesor, como de los cambios microestructurales producidos en función de la temperatura de tratamiento térmico. Se determinó que el tratamiento térmico realizado a 900oC, para un recubrimiento de 450mm de espesor, ha permitido una reducción de aproximadamente un 97% del valor de la densidad de corriente, como resultado del aumento en la cohesión interlamelar obtenida debido al fenómeno de difusión en estado sólido, lo cual impide la penetración de la solución agresiva. En este caso, el mecanismo principal de daño se debe al proceso de corrosión galvánica, como consecuencia a la diferencia apreciable existente entre la naturaleza electroquímica de la matriz de Ni con respecto a los carburos. La respuesta del sistema recubierto contra alumina durante los ensayos de desgaste deslizante bajo 5N de carga normal indica que tiene lugar un cambio progresivo del mecanismo combinado de desgaste adhesivo y abrasivo hacia un mecanismo mayormente abrasivo, a medida que la temperatura del tratamiento termico aumenta. Sin embargo, las constantes de desgaste determinadas para todos los ensayos llevados a cabo se encontraron del orden de 10-6 mm3/N.m, indicando un comportamiento satisfactorio desde el punto de vista tribologico.

Un modèle a été développé pour prédire les cinétiques de transformation de phase beta → alpha dans les alliages de titane multi constitués au cours de chemins thermiques complexes. Il repose sur : (i) une simplification de la représentation géométrique des différentes morphologies communément observées dans ces alliages (grains parents bêta, phase α(allotriomorphe) aux joints des grains parents, colonies de phase α, précipités α intragranulaires) ; (ii) des lois analytiques de germination et de croissance pour les diverses morphologies de phase α; (iii) l’hypothèse d'équilibre local aux interfaces β/α, décrite par un approche de type CalPhad ; (vi) des bilans moyens de soluté dans chaque morphologie. Nous obtenons ainsi pour chaque morphologie, les cinétiques de transformation, les évolutions de leurs tailles moyennes, et enfin les évolutions de leur composition moyenne. Nous présentons tout d’abord les calculs réalisés pour un alliage ternaire TiVO, afin de montrer les potentialités du modèle. L’analyse des résultats met en avant l’influence respective de la diffusion des solutés dans les deux phases, de la morphologie des précipités formés sur la cinétique de croissance comme sur la composition moyenne des grains formés tant pour une transformation en condition isotherme qu’au cours d’un refroidissement continu ou encore d’une séquence complexe de traitement thermique (refroidissement, chauffage, refroidissement). Le modèle a également été utilisé pour calculer les cinétiques de transformation pour l’alliage industriel Ti17 et ainsi comparer les résultats calculés aux résultats expérimentaux (cinétique et microstructures) / A model has been developed which is able to predict the kinetics of beta → alpha transformation in industrial multi component titanium alloys during complex heat treatments. The model is based on: (i) a simple geometric representations of the different morphologies commonly observed in these alloys (parent α grains, α allotriomorphs (at grain boundaries), αcolonies and intragranular α precipitates); (ii) analytical nucleation and growth laws for each morphology of α phase; (iii) the assumption of local equilibrium at interfaces, handled within the CalPhaD framework; (iv) averaged solute balances in each morphology. Diffusion of solutes in both phases is considered. We thus obtain the transformation kinetics as well as mean size parameters and mean chemical composition for each morphology of the product α phase (at grain boundaries, colonies and intragranular precipitates. Calculations performed are at first presented for a ternary TiVO alloy emphasizing the potentialities of the model. The relationships between growth conditions, role of diffusion in each phase, and chemical composition for each morphology are analyzed upon isothermal holdings, cooling from the beta phase field and more complex cooling-heating sequence. The model is further used on the Ti17 industrial and results are compared to experimental transformation kinetics and microstructures

En milieu extérieur les objets en cuivre et alliages cuivreux subissent des altérations qui entraînent des modifications physiques et esthétiques de l’œuvre. Pour limiter ces dégradations il convient de réduire les interactions entre la couche de corrosion et son environnement d’exposition en appliquant un traitement de protection. Ce travail de thèse propose d’étudier deux types de traitements de protection : une cire microcristalline (cire Cosmolloïd) et des solutions de décanoate (NaC10 et HC10). Pour cette étude des échantillons « modèles » en cuivre naturellement corrodés ont été utilisés afin de développer une méthodologie analytique visant à étudier le mode d’action et la pénétration des deux types de traitement de protection appliqués sur des couches de corrosion. Grâce à cette méthodologie il a été observé que bien que l’action en surface varie en fonction de la nature du traitement, la pénétration quant à elle semble dépendre essentiellement de son mode d’application.Un travail de remise en corrosion des échantillons traités a également été mené en conditions d’immersion et en corrosion atmosphérique sous cyclage d’humidité relative, à l’aide de traceurs isotopiques (D2O et 18O), afin d’évaluer qualitativement et de comparer l’efficacité des différents traitements de protection. Des dégradations sous UVB et lixiviation des traitements ont également permis d’étudier la tenue des traitements dans des conditions d’exposition extérieure. La détection des traceurs isotopiques dans les couches de corrosion par ToF-SIMS et analyses NRA, bien que n’ayant pas permis de conclure à une meilleur efficacité d’un type de traitement par rapport à l’autre, ont tout de même révélé des différences de tenues. Tandis que la cire microcristalline se dégrade rapidement sous rayonnement UVB par rapport au traitement HC10, le phénomène de lixiviation semble en revanche dégrader plus rapidement un traitement demeuré en surface de la couche de corrosion. / In outdoor environment copper and copper alloys objects undergo degradations that lead to physical and aesthetic modifications of the artwork. To limit these changes interactions between the corrosion layer and its exposure environment should be reduced by applying protective treatment. This project proposes to study two types of protective treatments: microcrystalline wax (Cosmolloïd wax) and decanoate solutions (NaC10 and HC10). For this study, naturally corroded copper "model" samples were used to develop an analytical methodology to study the action and penetration of the two types of protective treatment applied to corrosion layers. This methodology allowed to observe that although the surface action changes according to the nature of the treatment, the penetration seems to depend essentially on its application.Re-corrosion experiments of treated samples was also carried out under immersion conditions and atmospheric corrosion with relative humidity cycling, both using isotopic tracers (D2O and 18O) in order to qualitatively evaluate and compare the effectiveness of the protective treatments. Degradations under UVB and leaching off treatments also lead to a study of their behavior under conditions of external exposure. The detection of isotopic tracers in the corrosion layers by ToF-SIMS and NRA analysis, even though it wasn’t allow to conclude to a better effectiveness of one treatment over the other, nevertheless revealed holding differences. While microcrystalline wax degrades rapidly under UVB radiation compared to HC10 treatment, the leaching phenomenon seems to degrade more rapidly a treatment remaining on the surface of the corrosion layer.

Au cours de la dernière décennie, les alliages de fonderie Al-Si ont été utilisés de plus en plus comme une alternative appropriée à la fonte dans la fabrication de composants de moteurs (par exemple les culasses). Les objectifs du projet étaient d'étudier l'effet des éléments tels que le cuivre, le magnésium et le fer sur les défauts de solidification, et sur l'évolution des phases poste-eutectiques les alliages de fonderie Al-Si. Tout d’abord, les travaux antérieurs sont soigneusement examinés afin de mieux comprendre les charges de fatigue thermomécanique, les caractéristiques, les exigences et les matériaux applicables dans les composantes du moteur. Par la suite, les défauts de solidification (tendance de fissuration à chaud (HTS) et microporosité) des alliages à base d’Al-Si ont été évalués. En augmentant la teneur en Cu et en Fe des alliages, la valeur de HTS et de microporosité ont été augmentées. Les indices théoriques de fissuration à chaud ont été simulés avec un modèle de microségrégation multiphasique avec rétrodiffusion dans la phase primaire «multiphase back diffusion model». La corrélation obtenue entre les résultats expérimentaux (HTS) et les résultats simulés est excellente. L’effet de la composition chimique (Cu, Mg et Fe contenu) dans les alliages Al-Si sur l'évolution de la microstructure ont donc été étudiées. Les microstructures à l'état de coulée et à l'état de traitement thermique de mise en solution (SHT) ont été évaluées par les microscopies optique/électronique. Deux intermétalliques contenant du Mg (Q-Al5Cu2Mg8Si6, π-Al8FeMg3Si6) qui apparaissent avec une couleur grise sous le microscope optique ont été discriminés par des attaques chimiques que nous avons développées. L’analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC) a été utilisée pour examiner les transformations de phase survenant au cours du processus de chauffage et de refroidissement. Les calculs thermodynamiques ont été effectués pour évaluer la formation de la phase à l'état d'équilibre et hors-équilibre. Les résultats ont démontré que la séquence de solidification et la stabilité des intermétalliques contenant du Cu/Mg ont été fortement influencée par la composition chimique des alliages. La phase Q-Al5Cu2Mg8Si6 a été solidifiée soit à la même température ou plus tôt que la phase θ-Al2Cu en fonction de la teneur en Cu de l'alliage. Par ailleurs, les phases Q-Al5Cu2Mg8Si6 et π-Al8FeMg3Si6 qui étaient solubles à 505℃ dans l'alliage Al-7Si-1.5Cu-0.4mg, sont restées presque intactes dans l'alliage Al-7Si-1.5Cu-0.8mg wt.-%. Bien que l’intermétallique-AlCuFe a été à peine observé dans la microstructure de coulée, la réaction entre la phase primiare α-Al avec la phase β-Al5FeSi a causé la formation de la phase N-Al7Cu2Fe au cours de la mise en solution. La transformation de phase à l'état solide de la phase β-Al5FeSi à la phase N-Al7Cu2Fe a également été étudiée. / Over the past decade, Al-Si based foundry alloys have increasingly been used as a suitable alternative for cast iron in the fabrication of engine components. This project was aimed to study the effect of Cu, Mg and Fe elements on solidification defects (hot rearing tendency and microporosity), and on evolution of post eutectic phases in the Al-7Si (wt.-%) based alloys. Initially, the previous works and the most pertinent literatures were thoroughly reviewed to elaborate the thermo-mechanical fatigue loads, characteristics, requirements and materials applicable in engine components (mainly cylinder-head). Subsequently, the solidification defects of the Al-Si based alloys were evaluated. By increasing Cu and Fe content of the alloys, the hot tearing sensitivity and the microporosity content of the alloys were both enhanced. Multiphase back diffusion model was utilized to simulate the theoretical hot tearing indices. A very good correlation was obtained between the experimental and the theoretical hot tearing indices. Effect of the chemistry (Cu, Mg and Fe content) on microstructure evolution of the Al-Si foundry alloys was consequently studied. As-cast and solution heat treated (SHT) microstructures of the alloys were evaluated by optical- and electron-microscopy. Two etchants were developed to discriminate the Mg-bearing intermetallics (Q-Al5Cu2Mg8Si6, π- Al8FeMg3Si6) under optical microscope. Differential scanning calorimetry (DSC) was utilized to examine the phase transformations occurring during heating/cooling process. Thermodynamic computations were carried out to assess the phase formation in the equilibrium/non-equilibrium conditions. According to the predicted/experimental results, the solidification sequence and the stability of Cu/Mg bearing intermetallics are strongly influenced by the chemistry of the alloys. Q-Al5Cu2Mg8Si6 phase was solidified either at the same temperature or earlier than θ-Al2Cu phase depending the Cu content of the alloy. Moreover, Q-Al5Cu2Mg8Si6 and π- Al8FeMg3Si6 which were soluble at 505℃ in the alloy Al-7Si-1.5Cu-0.4Mg, remained almost intact in the alloy Al-7Si-1.5Cu-0.8Mg wt.-%. Tough the AlCuFe- intermetallic was barely observed in the as-cast microstructure, the reaction of α-Al with the β-Al5FeSi phase caused the formation of the N-Al7Cu2Fe phase during SHT. The solid state phase transformation (precipitation temperature and mechanism) of β-Al5FeSi to the N-Al7Cu2Fe phase was also investigated.

Contrainte par la réduction des seuils d’émissions autorisés, l'industrie automobile est devenue plus respectueuse de l’environnement et des utilisateurs. Le "downsizing" des moteurs à combustion interne permet de limiter la masse des véhicules mais implique des cycles de combustion aux rendements améliorés et des niveaux de contraintes thermomécaniques plus importants. La pièce la plus sollicitée est la culasse réalisée en alliage Al-Si hypoeutectique. Les défis que cela engage sont doubles : permettre des températures de fonctionnement plus élevées et conserver des propriétés mécaniques optimales. Ces pièces sont traitées thermiquement par une séquence de : mise en solution, trempe et revenu afin d'optimiser le durcissement structural et de limiter le vieillissement en service de l'alliage par la création d'une distribution fine et homogène de nano-précipités dans les phases α pro-eutectique et eutectique. Durant la trempe, des gradients thermiques importants, résultant de vitesses de refroidissement différentes à l’intérieur de la pièce, peuvent provoquer des distorsions et réduire la résistance mécanique effective des pièces en raison de l'apparition de contraintes résiduelles. L’objectif de ce projet doctoral a été de comprendre et de caractériser l’effet de la vitesse de trempe ainsi que du revenu sur la cinétique de précipitation pour limiter l’impact des contraintes résiduelles et maintenir le potentiel durcissant sur quatre nuances industrielles. Les échantillons ont été coulés au centre de R&D Montupet par gravité à la louche dans une coquille thermo-régulée calibrée. Les échantillons comportent un SDAS compris entre 15 et 25μm, représentatif de celui en face feu des culasses automobiles. Chaque nuance a été au préalable caractérisée selon leur état métallurgique puis, dans un second temps, par simulations numériques afin de confronter les résultats et valider l’efficacité de la séquence de traitement thermique appliquée (métallographie, MEB, EDS, microsonde, ICP, fours tubulaires, DSC, essais de traction et simulations ThermoCalc, Dictra et MatCalc). Le projet s’organise selon trois volets principaux portant respectivement sur l’opération de trempe, la cinétique de précipitation associée à l’évaluation des mobilités interfaciales de précipités et la validation des lois de comportement issues d’essais mécaniques selon les conditions de revenu appliquées. / Constrained by the reduction of authorized emission thresholds, the automotive industry has become more respectful of the environment and users. The downsizing of internal combustion engines makes it possible to limit the mass of vehicles but involves combustion cycles with improved efficiency and higher levels of thermomechanical stresses. The most affected part is the cylinder head made of hypoeutectic Al-Si alloy. The challenges that this entails are two fold : allowing higher operating temperatures and maintaining optimal mechanical properties. These parts are heat treated by a solutionizing, quenching and aging steps in order to optimize the structural hardening and to limit aging during the use of the alloy by creating a fine and homogeneous distribution of nano-precipitates in the α pro-eutectic and eutectic phases. During quenching, important thermal gradients, resulting from different cooling rates inside the part, can cause distortions and reduce the effective mechanical strength of the parts due to the occurrence of residual stresses. The objective of this PhD project was to understand and characterize the effect of quench rate and aging on precipitation kinetics in order to limit the impact of residual stresses and maintain the hardening potential in four industrial alloys. The samples were castat the Montupet R&D center by gravity die casting into calibrated thermo-regulated die. The samples have aSDAS comprised between 15 and 25μm, representative of the one for fire deck surface of automobile cylinder heads. Each nuance was initially characterized according to their metallurgical state then, in a second step, by numerical simulations in order to compare the results and validate the efficiency of the applied heat treatment sequence (metallography, SEM, EDS, microprobe, ICP, tubular furnaces, DSC, tensile tests and ThermoCalc, Dictra and MatCalc simulations). The project is organized into three main sections dealing respectively with the quenching operation, the kinetics of precipitation associated with the evaluation of the interfacial mobilities of precipitates and the validation of thematerial behavior laws resulting from mechanical tests according to the applied aging conditions.

Nos travaux ont porté sur la caractérisation de l’influence du cuivre sur la trempabilité. Vu le manque d’information concernant ce sujet, notre étude s’est fixée comme objectif général la caractérisation de l’effet du cuivre préallié et prémélangé sur la trempabilité des aciers MP (fabriqués par métallurgie des poudres). Dans un premier temps, l’étude vise à comparer l’effet du cuivre préallié (Cu p) et prémélangé (Cu m) sur la trempabilité et les propriétés mécaniques finales. Ensuite, elle tentait de prouver l’existence d’effet synergique entre le cuivre et le molybdène. Les résultats ont permis de démontrer l’influence de cuivre sur la trempabilité en fonction de l’étendue de notre étude. Ainsi, la distribution spatiale du cuivre dans la matrice de fer et son pourcentage, qui résultent de sa méthode d’addition et des conditions de traitement, affectent sa participation à la trempabilité et par la suite les propriétés mécaniques finales. En plus, d’après le plan d’expériences utilisé, le cuivre participe d’avantage à la trempabilité avec un effet synergique avec le molybdène. Il est aussi intéressant de mentionner que, dans les conditions de notre étude, l’effet du cuivre préallié sur la compressibilité est très faible (+4 %) par rapport au cuivre prémélangé. À un taux de refroidissement supérieur à 1,6 °C/s, l’addition de 2 %-pds de cuivre prémélangé et/ou préallié permet de former de la martensite. En effet, additionné sous forme préallié, 2 %-pds de cuivre permet de transformer 90,8 %-vol de la microstructure en martensite et ce, en respectant un taux de refroidissement de 2 °C/s. Cette microstructure est homogène. Ainsi, malgré la faible densité, cette microstructure améliore la dureté apparente et le module de rupture transversale d’à peu près 20 points sur l’échelle HRB et de 500 MPa respectivement et ce, pour un taux de 2,0 °C/s par rapport à l’acier Fe-0.6C-0.85Mo. D’autre part, le même pourcentage de cuivre additionné sous forme prémélangé permet la formation de 30 %-vol de martensite qui se concentre près des joints des grains. La microstructure est dans ce cas hétérogène. Pour les densités de pièces considérées, leurs propriétés mécaniques sont peu affectées par ce changement microstructural. / This study aims at understanding and quantifying the difference between the effects of premixed and prealloyed copper on hardenability. Given the lack of information concerning this subject, our study has set as general objective the characterization of the effect of prealloyed and premixed copper on the hardenability of PM steels. First, our study aims to compare the effect of prealloyed and premixed copper on the hardenability and the final mechanical properties. Then, it tried to prove the existence of synergistic effect between copper and molybdenum. According to the results, molybdenum and copper are the main parameters controlling hardenability within the scope of our study. In fact, spatial distribution of copper in the iron matrix and its percentage, which result from its method of addition and the condition of heat treatment, affect its participation in hardenability and consequently the final mechanical properties. Moreover, copper takes part in hardenability with a synergistic effect with molybdenum. It is also interesting to mention that for the conditions of our study, the effect of prealloyed copper on compressibility compared to premixed copper is very low (+ 4%). In fact, at a 1,6 °C/s cooling rate, the addition of 2 %-wt premixed and /or prealloyed copper allows the formation of martensite. Indeed, added as prealloyed, 2 %-wt copper transforms 90,8 %-vol of the microstructure into martensite using a cooling rate of 2 °C/s. Moreover, the obtained microstructure is homogeneous. Despite its low density, this microstructure improved apparent hardness by 20 points on HRB scale and 500 MPa for transverse rupture strength (TRS) using a cooling rate of 2 °C/s. On the other hand, with the same weight percent, premixed copper transforms only 30 %-vol of the microstructure into martensite. Moreover, the obtained microstructure is heterogeneous. For the range of green densities studied, it appears that this microstructure has little effect on mechanical properties.

Dans ce travail, le comportement à la corrosion et les propriétés mécaniques de trois alliages de magnésium résistants au fluage, AXJ530, MRI 153 et ZAEX10430, ont été évalués en fonction de la microstructure. Ces alliages ont été obtenus par trois approches différentes : (1) moulage sous pression à partir de l'état liquide ; (2) moulage sous pression à l'état semi-solide, à partir de billettes coulées en moule permanent avec brassage électromagnétique ; et (3) sans brassage. En outre, les propriétés de ces alliages ont été comparées à celles de l'alliage conventionnel AZ91D. Le comportement à la corrosion a été étudié dans trois milieux différents, à savoir un milieu alcalin à faible salinité, un milieu neutre à faible salinité et un milieu neutre à forte salinité. Ces études ont été réalisées essentiellement à l'aide des techniques de polarisation potentio-dynamique et de spectroscopie d'impédance. Quelques essais ont également été menés avec les techniques du bruit électrochimique et du SRET (Scanning Référence Electrode Technique). Les alliages AXJ530, MRI 153 et ZAEX 10430 se sont montrés passifs dans la solution alcaline, contrairement à l'alliage AZ91D. Dans les solutions neutres, tous les alliages ont été sujets à la corrosion générale. Cependant, les alliages AZ91D et MRI 153 ont montré une résistance à la corrosion supérieure à celle affichée par les alliages AXJ530 et ZAEX 10430. En outre, les alliages moulés à partir de l'état semi-solide ont montré une meilleure résistance à la corrosion par rapport à ceux moulés à partir de l'état liquide, mis à part l'alliage ZAEX10430. D'autre part, nos travaux ont montré que la limite d'élasticité et la résistance maximale des alliages AXJ530 et MRI 153 sont similaires et ne semblent pas dépendre du procédé de moulage. Cependant, il est à noter que l'alliage ZAEX10430 a montré une meilleure limite d'élasticité mais une résistance à l'impact inférieure par rapport à celles des deux autres alliages. De plus, les trois alliages étudiés ont montré, d'une façon significative, une meilleure résistance au fluage par rapport à l'alliage AZ91D. L'alliage AXJ530 a montré la meilleure résistance au fluage suivi du ZAEX10430 et finalement du MRI 153. Le procédé de moulage ne semble pas exercer un effet marqué sur la résistance au fluage des alliages AXJ530 et MRI 153. Cependant pour l'alliage ZAEX10430, il a été observé que le taux de fluage dépendait du procédé de moulage. / In this thesis, the corrosion behaviour and the mechanical properties of the creep-resistant AXJ530, MRI 153 and ZAEX10430 magnesium alloys were evaluated and compared. The studied alloys were produced by three different methods in order to obtain different microstructures: (1) die-cast from remelted billets, (2) thixocast from billets electromagnetically-stirred during solidification, and (3) from thixocast from billets that were freely solidified in a steel mould. The conventional AZ91D magnesium alloy was considered as a reference alloy. The corrosion behaviour was studied in three media: a low salinity alkaline medium, a low salinity neutral medium and a high salinity neutral medium. Corrosion studies were carried out using potentio-dynamic polarization technique and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Furthermore, some analyses were performed using electrochemical noise and scanning reference electrode technique (SRET). The AXJ530, MRI 153 and ZAEX 10430 alloys were found to be passive in the alkaline solution, contrary to AZ91D alloy. In the two neutral solutions, ail the studied magnesium alloys were prone to general corrosion attack. However, AZ91D and MRI 153 showed better corrosion resistance than AXJ530 and ZAEX10430. Besides, except for ZAEX10430, thixocast alloys were found to be more corrosion resistant than die-cast ones. The tensile strength and impact resistance of AXJ530, MRI 153 and AZ91D alloys were found to be quite similar, while the ZAEX 10430 specimens showed superior strength but reduced ductility and impact strength. On the other hand, the studied magnesium alloys exhibited significantly improved creep behaviour as compared to that of AZ91D alloy. AXJ530 alloy showed the best creep resistance (based on creep strain and minimum creep rates) followed by ZAEX10430 and MRI 153 alloys. The creep behaviour of AXJ530 and MRI 153 were independent of the casting technique, while the minimum creep rate of ZAEX 10430 specimens was found to be influenced by the casting technique.

Dans cette thèse, les performances de différentes anodes Pb-Ag utilisées pour l'extraction électrolytique du zinc ± electrowinning ¿ ont été étudiées dans un electrolyte acide de sulfate de zinc avec ou sans la présence d'ions Mn²+ à 38°C, à l'aide de méthodes conventionnelles et plus récentes telles le bruit électrochimique et la spectroscopic d'impédance électrochimique. En outre, l'influence de la gélatine, de l'acide malonique et d'autres additifs sur l'efficacité du courant, la surtension anodique et la morphologie du dépôt de zinc a été examinée pendant l'extraction électrolytique du zinc dans des solutions acides de sulfate de zinc contenant des ions de manganèse avec ou sans impuretés sous une densité de courant de 50 mA/cm² à 38°C. On a montré, par voltammétrie cyclique, que l'utilisation d'une anode en alliage Pb-0,7%Ag pour l'extraction électrolytique du zinc dans un electrolyte acide de sulfate de zinc permettrait de diminuer le pic d'oxydation Pb ?? PbS0₄ par 40% et d'augmenter la hauteur du pic d'oxydation de PbS0₄ -> β-Pb0₂ de 40%. (Chapitre 4) Le comportement de trois anodes en alliage Pb-Ag (avec 0,5%Ag, 0,6%Ag et 0,7%Ag) a été évalué par des mesures galvanostatiques, potentiodynamiques et du bruit électrochimique pendant l'extraction électrolytique du zinc. On a observé que l'anode Pb-0,5%Ag avait la plus haute surtension anodique, suivie par celles contenant 0,6%Ag et 0,7%Ag. En comparaison, l'anode de Pb-0,5%Ag présentait plus de produits de corrosion pendant la polarisation (ou l'électrolyse), avec un plateau important d'une valeur moyenne de 1,61 V/SHE pendant la plus longue période (45 minutes), alors que l'anode en alliage Pb-0,7%Ag a montré la formation de cellules galvaniques plus actives en début de chute de potentiel (11-16 h de chute de potentiel) pouvant correspondre à une corrosion localisée plus importante dû à la présence en plus grande quantité des phases contenant Ag et ce, après 24 h d'électrolyse. Durant la décroissance du potentiel électrochimique, un contenu plus élevé en Ag dans l'anode favorise donc une meilleure résistance à la corrosion. Toutefois, à la toute fin de la chute du potentiel, on a observé qu'une teneur plus élevée en argent dans l'anode augmentait légèrement la vitesse de corrosion. (Chapitre 5) À l'aide de la technique du bruit électrochimique, on a pu montrer que la valeur absolue des pentes reliées à la puissance de la densité spectrale ± PDS ¿ des trois anodes Pb-Ag pouvait correspondre à différentes réactions de corrosion et/ou types de corrosion. En effet, l'anode de plomb contenant 0,5%Ag montre une corrosion uniforme en début d'analyse (première heure) et une corrosion localisée à la fin d'une chute de potentiel de 16 h, alors qu'avec une anode contenant 0,7%Ag, on observe une corrosion localisée importante au début, suivie d'une corrosion uniforme, pour revenir finalement à une corrosion localisée. En comparant les paramètres du bruit électrochimique avec les résultats obtenus par les méthodes conventionnelles, on constate que cette nouvelle approche constitue une technique très valable pour étudier l'influence de l'argent comme élément d'alliage sur la vitesse de corrosion des anodes en plomb. (Chapitre 6) Une anode de l'alliage Pb contenant 0,56%Ag a été étudiée par spectroscopic d'impédance électrochimique ± SIE ¿ dans un electrolyte acide de sulfate de zinc conventionnel contenant MnSO₄ pour évaluer son activité électrochimique pendant et après l'électrolyse. La polarisation galvanostatique sous 50 mA/cm² et à 38°C a été effectuée pendant 5 h. Une chute de potentiel de 6 h a été observée. Durant la première heure de la chute de potentiel, le procédé de diffusion ionique contrôle la réaction électrochimique, alors que durant la période suivante de la chute du potentiel (2 à 6 h), la capacité électrochimique de la couche double et celle du film en surface diminuent en fonction du temps d'immersion. Par contre, la résistance de la couche externe ainsi que la charge de transfert augmentent en fonction du temps. (Chapitre 7) Une anode de l'alliage Pb-0,25%Ag-0,1l%Ca et trois anodes commerciales en plomb contenant 0,56%Ag, 0,6%Ag et 0,69%Ag ont aussi été étudiées dans un electrolyte acide de sulfate de zinc avec ou sans additions de MnS0₄ utilisant les méthodes électrochimiques conventionnelles et la spectroscopic d'impédance électrochimique ± SIE ¿ afin d'évaluer leur activité et comportement à la corrosion durant la chute de potentiel après une electrolyse de 5 h. Un examen des surfaces polies des échantillons ont montré que l'anode renfermant un contenu le plus élevé en Ag possédait le plus bas courant de corrosion parmi les quatre types d'anode examinés, suivie par les anodes contenant 0,6%Ag, 0,25%Ag-0, l%Ca et 0,56%Ag. (Chapitre 8) On a constaté que l'addition d'acide malonique pouvait augmenter l'efficacité de courant d'electrolyse et diminuer les potentiels anodique et cathodique ainsi que le potentiel de la cellule électrolytique dans un electrolyte standard. De plus, dans le cas d'un electrolyte industriel contenant de l'antimoine comme impureté, l'ajout de l'acide malonique ± MA ¿ a conduit à une augmentation du pourcentage d'efficacité de courant non négligeable. Le chlorure de Triethylbenzylammonium ± TEBAC1 ¿ est le meilleur additif pour favoriser une efficacité de courant en présence d'impuretés Ni²⁺ (concentration de ~5 mg/L). On a aussi observé que le TEBAC1 contrecarrait mieux l'effet délétère du Sb³⁺ que les autres additifs tels que le polyethylene glycol, le sulfate laurique de sodium, l'acide de perfluoroheptanoique et l'acide malonique, mais pas aussi efficace que la colle et le chlorure ensemble. L'ajout de 2 mg/L de ± TEBAC1 ¿ à la solution d'acide sulfurique en présence d'ions nickel a augmenté le potentiel cathodique de la réaction d'évolution de l'hydrogène sur le dépôt de zinc de façon plus importante qu'avec une solution contenant 100 mg/L d'acide malonique. (Chapitre 9) L'analyse du bruit électrochimique dans le domaine des temps (paramètres de skewness et de kurtosis) était appropriée pour indiquer l'effet combiné de différentes concentrations de gélatine et d'antimoine sur le procédé d'extraction électrolytique du zinc. Les valeurs des pentes de skewness et de kurtosis tout autour de la moyenne ± 0 ¿ signifient que la distribution des données est symétrique autour de la valeur moyenne et que la forme des courbes est semblable à celle d'une distribution normale. Cela semble correspondre à la meilleure combinaison de l'effet synergique de l'impureté et de l'additif pour une efficacité de courant plus élevée, des surtensions anodique et cathodique faibles et de meilleurs dépôts denses et uniformes. (Chapitre 10)

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.