La mise en forme de l'alliage d'aluminium de corroyage 7075 de pièces fonctionnelles à géométrie complexe se fait la plupart du temps par usinage. Pour un nombre de pièces important, le coût peut être réduit en réalisant une ébauche par forgeage. Il est cependant plus intéressant de réaliser une ébauche proche des dimensions finales pour limiter l'usinage (aspect near-net-shape). Pour mettre en forme une pièce à géométrie complexe en une seule étape, la résistance à la déformation de la matière doit être suffisamment faible. Cette faible déformation nécessite la génération d'une phase liquide, ce qui introduit des défauts dans l'alliage de corroyage tels que la fissuration à chaud, porosité, retassure, retrait important, macroségrégation solide-liquide. L'apparition de ces défauts peut être réduite en limitant la fraction volumique de la phase liquide à 0.1. AA 7075 étant particulièrement sensible à la fissuration à chaud, un faible retrait est un atout. Nous choisirons le procédé RAP pour obtenir une matière globulaire semi-solide. Ce procédé utilise la recristallisation d'une matière extrudée pour réaliser une matière qui a un comportement rhéofluidifiant-thixotrope. Le procédé de mise en forme de cette matière semi-solide globulaire à faible phase liquide est le thixoforgeage. Des essais de chauffage de la matière extrudée et de filage permettront d'étudier l'influence des divers paramètres du procédé sur l'effort de mise en forme et sur la qualité des pièces produites. Nous adapterons les paramètres de chauffage et de mise en forme sur un outillage spécialement conçu pour le thixoforgeage pour des pièces à géométrie simple et pour des pièces à géométrie complexe. Une étude de l'influence des paramètres sur les caractéristiques mécaniques et sur la qualité des pièces a montré le très bon potentiel de mise en forme de AA 7075 par thixoforgeage.

La présente étude a pour but de déterminer l'influence de la composition chimique, des procédés industriels, et du traitement thermique d'alliages Al-Si sur leur comportement et leur durée de vie en fatigue. Il s'agit de diminuer le temps de développement d'une pièce et donc son coût, en augmentant la part des simulations numériques dans le processus de conception. On cherche donc à fournir un modèle unifié pour la classe des alliages d'aluminium de fonderie, à application pour les culasses automobiles.<br />1 Essais mécaniques<br />Des essais mécaniques ont permis de définir les lois de comportement et d'amor¸cage de quelques alliages représentatifs des différentes familles d'alliages, avec divers pourcentages de Si, Cu, Mg et divers traitements thermiques. Ces essais sont de type fatigue isotherme, fatigue thermomécanique, microscopie électronique en transmission, en balayage et dureté... Le point névralgique de cette étude est le caractère vieillissant de ces alliages, dû aux phénomènes de croissance/coalescence des précipités durcissants qui provoquent un adoucissement rapide en température.<br />2 Approche microstructurale<br />Le comportement dépend de la nature et de la taille des précipités durcissants que contient la matrice. Une étude au MET et une simulation sur le logiciel Thermo-calc nous ont permis de déterminer les domaines de stabilité des diverses phases durcissantes en fonction de la composition et de la température de revenu et/ou de service. La gamme de température étudiée va de 20 à 300°C. La concentration en éléments d'alliage va de 5 à 10% pour Si et de 0 à 3% pour Cu. Elle vaut 0.3% pour Mg. Le taux de résiduels (Fe, Mn, Ti...) dépend du grade de l'alliage. Les traitements thermiques sont T5, T6 et T7.<br />3 Comportement et amorçage<br />Les lois de comportement contrainte-déformation sont implantées dans le code de calcul par éléments finis ZéBuLon. Le modèle de comportement élastoviscoplastique est issu du modèle de Lemaitre et Chaboche. Un paramètre de vieillissement identifié à l'échelle microscopique et dont l'effet est sensible au point de vue macroscopique est ajouté à ce modèle. La variable interne a, qui modélise le vieillissement, porte principalement sur la limite d'élasticité et l'écrouissage cinématique, elle permet de rendre compte de la chute des propriétés mécaniques de l'alliage. Ceci complique les capacités de prévision de modèles du type Manson-Coffin ou Wöhler. Pour cette raison, on adapte à nos matériaux un modèle d'intéraction fatigue-fluage proposé par l'ONERA. Pour la prévision de la durée de vie, on utilise les données expérimentales en conditions stabilisées pour identifier les lois d'amorçage par le biais d'un post-traitement. Le modèle d'amorçage introduit une interaction fatigue-fluage non-linéaire. On retrouve ainsi naturellement à basse température un mode de rupture dominé par la fatigue et à haute température un effet prédominant du fluage.<br />4 Résultats<br />Ce modèle a été appliqué au calcul d'une structure réelle (culasse diesel), dont le maillage a été fourni par Renault.<br />La cartographie thermique, les champs de contraintes et de déformations, ainsi que les champs de vieillissement permettent de comprendre les mécanismes d'endommagement du pontet intersoupapes en fatigue thermo-mécanique en fonction de la composition chimique et du traitement thermique de l'alliage.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3820. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

Memoire (M.Sc.A.)--Universite du Quebec a Chicoutimi. 1987. / Bibliogr.: ff. 161-175. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Mémoire (M.Eng.)-- Université du Québec à Chicoutimi, 1993. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Les culasses de moteur diesel PSA sont réalisées en alliages d'aluminium de fonderie durcis par précipitation. La culasse atteint une température stable lors de l'utilisation du véhicule mais la succession de démarrages et d'arrêts engendre un phénomène de fatigue thermique au niveau du pontet inter-soupapes. L'exposition à des températures élevées modifie la microstructure de précipitation provoquant une diminution des propriétés mécaniques et donc un vieillissement de l'alliage. Il est donc nécessaire de prendre en compte le vieillissement thermique dans le dimensionnement. Pour y parvenir, nous avons d'abord analysé la microstructure de précipitation (nature des phases précipitées, morphologie et taille) en Microscopie Electronique en Transmission (MET) et le comportement cyclique viscoplastique pour différents vieillissement isothermes. Des essais thermomécaniques anisothermes, simulant le chargement en service, ont été réalisés afin d'analyser les relations entre la déformation plastique et la précipitation. Les paramètres géométriques de la précipitation ont été déterminés en MET pour différents nombres de cales thermomécaniques et ont été comparés à ceux de la précipitation résultant de l'exposition de l'alliage au seul cycle thermique pendant le même nombre de cycles.La microdureté étant un bon indicateur du vieillissement des alliages d'aluminium durcis par précipitation, des modèles d'évolution de microdureté ont été développés afin de simuler sa décroissance dans la structure lors d'un essai représentatif des conditions en service. Ces simulations permettent d'améliorer l'estimation du vieillissement de ces alliages lors de l'utilisation de la culasse. / Cylinder heads of automotive engines are produced by casting of precipitation strengthened Al-Si alloys.The cylinder head quickly reaches a steady state temperature but the succession of starts and stops generates thermomechanical fatigue in the area between the valve seats. At service temperature, the precipitation microstructures evolve from their state after precipitation hardening heat treatment to an aged state, which results in the reduction of their mechanical properties. The increase of thermomechanical stresses in new engines requires taking thermal aging into account for sizing. To that end, the precipitation microstructures (precipitates crystal structures, composition, morphology, and distribution) have been analyzed by Transmission Electron Microscopy (TEM) for various aging conditions and the corresponding cyclic least-viscoplastic behavior has been determined. The effect of plastic deformation on the kinetics of precipitate growth has been studied throughout loadings representative of engine operation. The morphological characteristics of the precipitation microstructure resulting from the thermomechanical aging were determined by TEM for different numbers of cycles and compared with those resulting from the mere thermal aging in order to assess the effect of plastic deformation on the kinetics of precipitate growth. As micro hardness is a good indicator of the aging of precipitation strengthened aluminium alloys, micro hardness evolution models have been developed to calculate its decrease in the cylinder head during a test simulating in service conditions. The simulations give us a better understanding of the in-service aging of these alloys.

Cette thèse s'inscrit dans un programme de développement technologique de la Société LEONI. Ce programme de recherche a pour principal objectif de disposer, à l'issue des trois années de l'étude, d'un panel de connaissances scientifiques le plus pertinent possible relatif à la durabilité des faisceaux électriques, et plus particulièrement aux cinétiques de corrosion associées aux assemblages entre des câbles électriques en alliage d'aluminium AA1370 et des pièces de connectique en cuivre pur. La société LEONI souhaite également maîtriser les différentes étapes de fabrication de ces composants. En effet, les propriétés du câble, qui est constitué de fils en alliage d’aluminium AA1370, sont conditionnées par chacune des étapes du procédé de mise en forme de ces fils. Ainsi les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont eu pour premier objectif d’analyser et de quantifier l’influence des différentes étapes de ce procédé de mise en forme sur le comportement en corrosion de l’alliage AA1370 sur la base d’une caractérisation précise de la microstructure du matériau aux différentes étapes du procédé. Les résultats mettent en évidence un couplage « résistance à la corrosion / paramètres microstructuraux critiques » à prendre en considération dans chacune des étapes de fabrication d’un câble en alliage AA1370. Ensuite, le comportement en corrosion d’un câble électrique a été étudié : les processus de corrosion mis en jeu au sein d’un câble constitué d’un nombre important de fils ont ainsi été identifiés, avec en particulier la problématique du confinement de l’électrolyte entre les différents fils du câble. Ces résultats montrent que la connaissance des processus électrochimiques se produisant sur un fil en alliage AA1370 ne suffit pas pour comprendre le comportement en corrosion d’un câble constitué de ces mêmes fils. La géométrie du produit final est un paramètre du 1er ordre. Enfin, le comportement en corrosion d’un assemblage entre un câble en alliage AA1370 et une pièce de connectique en cuivre pur a été étudié à l’aide de techniques de microscopie et d’électrochimie locale afin d’identifier les processus de corrosion mis en jeu lors du couplage galvanique Al/Cu en prenant en compte la géométrie particulière de l’assemblage. L’influence de l’agressivité du milieu sur la durabilité de ces assemblages a été étudiée en combinant l’ensemble des résultats avec ceux obtenus lors d’essais de corrosion industriels. L’étude dans son ensemble a permis de générer des avancées significatives dans la compréhension des mécanismes de corrosion à l’échelle de l’alliage AA1370 sélectionné mais également à l’échelle de l’assemblage. / This work was performed in the framework of a technological development program with LEONI. The aim of this research program was to provide technical skills and scientific knowledge on the durability in automotive harness environment of a wiring harness; it was focused on the corrosion behavior of an assembly between a AA1370 wire and pure Cu connector. Automotive wires are constituted of small diameter strands which are manufactured following a multistep forming process. Thus, the first objective of this work was to analyze the influence of each step of the forming process on the corrosion behavior of AA1370 alloy. The results show that a « microstructural parameters – corrosion resistance » relationship can be established and must be taken into account in each step of the forming process of a AA1370 strand arm. Then, the electrochemical processes occurring when the wire was exposed to an aqueous environment were investigated using electrochemical impedance measurements. The results show that the corrosion behavior of the wire was controlled by the formation of a confined electrolyte between the strand arms. Therefore the knowledge of the electrochemical processes occurring for AA1370 alloy strands was not sufficient to explain the corrosion behavior of a wire made of the same strands. The investigation of wire specific corrosion behavior showed the benefits to work with a representative geometry of the final product instead of testing single strand alone. Then, the corrosion behavior of the assembly between a AA1370 wire and pure Cu connector was also investigated coupling electrochemical measurements and microscope observations, to identify the corrosion processes involved during Al/Cu galvanic coupling, considering a representative geometry of the assembly. Finally, the results from laboratory tests were compared to those from industrials validation tests in order to study the influence of the environment aggressiveness on the assembly durability. The study led to significant advances in the understanding of the corrosion mechanisms at the alloy scale and also at the assembly scale.

Dans le cadre de la démonstration de l’intégrité des composants nucléaires les plus sensibles, une analyse de la présence d’un défaut potentiel de type fissure peut être requise par la sureté nucléaire. Ceci est particulièrement le cas en présence de jonctions soudées. Pour assurer un conservatisme de cette analyse, la position du défaut postulé doit être la plus pénalisante possible. Les analyses réalisées pour des démonstrations similaires sur des structures en acier reposent sur une approche de type mono matériau utilisant le comportement du métal de base. Cette approche est la plus pénalisante dans le cas d’une soudure en overmatch mais doit être remise en cause dans le cas d’une soudure en undermatch. Dans ce cadre, cette thèse propose une méthodologie expérimentale et numérique permettant l’identification de la configuration la plus pénalisante vis-à-vis de la mécanique de la rupture d’une soudure en undermatch. L’application de cette méthode a été réalisée sur une soudure en faisceau d’électrons en Al6061-T6. Un gradient de propriétés mécaniques le long de la jonction soudée a été dans un premier temps identifié permettant la conduite d’une analyse fine basée sur une approche multimatériau. Dans un second temps, le comportement en ténacité de la jonction soudée a été étudié sur éprouvettes CT. La transférabilité du paramètre J à l’amorçage à une autre géométrie d’éprouvette a été démontrée ce qui constitue une base importante pour l’hypothèse de transférabilité vers des structures. Pour finir, une étude numérique sur un tube de grandes dimensions avec un défaut semi-elliptique a été développée en prenant en compte les contraintes résiduelles de soudage. Les résultats montrent que la zone affectée thermiquement à 13 mm du centre de la soudure considérée est la plus sensible en mécanique de la rupture, ceci remet par conséquent en question les méthodes traditionnelles menées dans des analyses à la rupture brutale qui consistent à considérer un défaut dans la zone fondue. / For the demonstration of the integrity of the most sensitive nuclear components, conventional defects, as cracks for example, must be considered within the design step as required by the nuclear safety authority. This phase is particularly crucial for dimensioning of welded structures. To ensure a conservative prediction, the position of the initial crack within the welded joint must be the most detrimental in fracture behavior. Commonly used analyzes consider homogeneous structure with the behavior of the base metal of the welded joint, considered as the weakest metallurgical zone in the case of an overmatched weld. In contrast, similar analysis is not conservative in case of undermatched weld. The thesis contributes by the development of an experimental and numerical methodology allowing the identification of the detrimental metallurgical zone in fracture behavior of an undermatched welded joint. The methodology proposed is applied to an electron beam welded joint on Al 6061-T6. To reach this goal, the gradient of the mechanical behavior along the welded joint was first identified. This is particularly interesting to conduct an advanced analysis based on a multimaterial approach. In a second step, the fracture behavior of the welded joint was studied on CT specimen. The transferability of the J integral at initiation was approved on another geometry: this represents an important foundation for the transferability assumption to structure. Finally, a numerical analysis on full scale tube was developed. Residual welding stresses and structural effects were considered. The results demonstrate that the heat affected zone located at 13 mm from the middle of the welded joint is the most detrimental zone for fracture analysis. This contradicts the conventional methods conducted on fracture analysis which consider a conventional defect within the fusion zone.

Les besoins de réduction du poids se sont concrètement traduits par l'introduction de nouvelles nuances plus légères dans les structures automobiles. Ainsi, des alliages d'aluminium ont commencé à être intégrés dans les pièces de structure de plusieurs véhicules. La faible masse volumique des alliages d'aluminium (2,7g/cm 3 ) permet d'alléger le poids du véhicule qui entraîne une diminution de la consommation de carburant et, donc, des émissions de gaz à effet de serre. La striction et la rupture sont les principaux modes de défaillance qui entrainent le rebut systématique des pièces. C'est pourquoi, améliorer la prédiction d'apparition de ces défauts lors de la simulation va dans le sens d'une meilleure maitrise du procédé. Dans le cadre de ce travail doctoral, deux modèles sont développés pour simuler le comportement à grandes déformations d'alliages d'aluminium : un modèle polycristallin de type Taylor et un modèle à un ou plusieurs éléments finis par grain.Les diagrammes limites de formage (DLF) pour les deux alliages d'aluminium AA5754 et AA6063 ont été simulés numériquement en utilisant une formulation par éléments finis pour les polycristaux basée sur l'hypothèse de Taylor.Les DLF conventionnels et de l'hydroformage ont été traces. L'effet des chemins de déformation sur la formabilité des alliages d'aluminium a aussi été étudié. Finalement, des simulations numériques avec les données de diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) pour l'alliage d'aluminium AA5754 ont été effectuées en utilisant le modèle à un ou plusieurs éléments par grain. Ces simulations sont exécutées avec différents modèles du durcissement (Asaro, Bassani et puissance).

L’augmentation du rendement énergétique des cuves est un des objectifs principaux de la recherche sur l’électrolyse de l’alumine. Les objectifs de la thèse sont d’étudier les propriétés des dépôts, leurs facteurs de formation et leur effet sur la dégradation du bloc cathodique, notamment la chute de voltage cathodique (CVD). Une première phase des travaux a permis le développement d’une méthode de caractérisation des dépôts par le calcul de l’amorphe, l’estimation de l’alumine totale par un bilan sur l’oxygène LECO et une quantification plus précise des espèces contenant du calcium par mesure fluorescence X (XRF). L’étude d’échantillons bloc cathodique/dépôt par microscopie à balayage couplée avec la spectroscopie de la dispersion des rayons X (MEB-EDX) a aussi amené une meilleure compréhension de l’épaisseur de la couche de carbure à l’interface et de la taille des particules d’alumine dans la matrice de dépôt. Le développement d’un banc d’essai a permis de mesurer la CVD et de simuler les conditions d’électrolyse d’un bloc industriel en contrôlant l’alimentation alumine d’un côté et le refroidissement de l’autre côté. Une analyse statistique préliminaire a aidé à discerner des tendances dans la composition chimique des dépôts ainsi que des zones de dépôt précises. Des calculs thermodynamiques ont été utilisés pour obtenir la température de précipitation de la cryolite et de l’alumine et ainsi estimer la concentration solide/liquide dans les dépôts à température d’opération. Ces données ont ensuite permis l’estimation des propriétés de densité et de conductivité électrique des dépôts. Un bref exposé théorique de la formation des carbures et des oxycarbures a présenté le lien entre les travaux précédants sur l’imagerie XPS et l’effet des dépôts sur la dégradation du bloc cathodique. Plusieurs phénomènes peuvent expliquer la formation de dépôt au fond de la cuve. La dissolution incomplète de l’alumine d’alimentation et la chute du matériel de couverture d’anode amènent une fraction significative de dépôt en dessous de la nappe d’aluminium jusqu’à la surface du bloc cathodique. L’importance de l’un ou l’autre des phénomènes peut être expliquée par les propriétés de l’alumine d’alimentation, le design et l’opération de la cuve. Une fois passé l’interface aluminium/bain, le dépôt peut s’accumuler en dessous des points d’alimentation, le long du couloir central entre les anodes ou s’étendre sur l’ensemble de la surface du bloc cathodique. L’étude de quatre cuves de deux différentes technologies a montré qu’il existe une corrélation entre la formation d’un mince film, sa sursaturation en alumine, le taux de dissolution partielle de l’alumine d’alimentation, la longueur du pied de talus et la CVD. En plus de la sursaturation en alumine, le mince film conduit à l’épaississement de la couche de carbure ce qui amène une hausse de la CVD. Des expériences laboratoires ont démontré que la dissolution partielle de l’alumine produit des dépôts d’une concentration massique d’alumine en deçà de 30 % et que ces dépôts riches en alumine peuvent interagir avec le pied de talus pour former un « dépôt » liquide qui remonte dans le bain électrolytique. Les résultats laboratoires ont aussi confirmé la corrélation entre l’épaisseur du dépôt et de la couche de carbure. L’effet de la résistivité du film mince sur l’ensemble de la surface du bloc cathodique et de la longueur du pied de talus sur la CVD a été évalué à l’aide d’un modèle purement électrique. Trois types de films minces ayant une résistivité différente ont été modélisés selon des observations de composition chimique et de morphologie précédentes. Les données du modèle correspondent aux données de CVD mesurées dans des cuves industrielles, et ce, pour deux types de technologies. Le modèle montre que l’effet combiné entre le pied de talus et la présence d’un mince film résistif amène une hausse significative de la densité de courant au centre de la cuve. Ce résultat pourrait conduire à une conclusion différente sur l’effet de la présence de dépôt au centre sur la CVD. Des expériences laboratoires ont montré que la simulation d’un pied de talus par l’ajout d’une plaque d’alumine produit une hausse de la CVD mesurable. La formation d’un dépôt épais produit une hausse encore plus grande de la CVD. Toutefois, des efforts demeurent pour augmenter la précision de la mesure afin d’évaluer l’impact d’un mince film sur la CVD. L’étude d’une deuxième technologie a démontré un enrichissement du pied de talus en alumine ainsi qu’une corrélation entre la composition des dépôts au centre de la cuve et du pied de talus. Une étude approfondie des mouvements MHD supporte aussi l’existence d’une interaction entre dépôt centre et pied de talus. Il semblerait toutefois que le transport de matière net soit du centre de la cuve vers le pied de talus. L’étude de la densité des dépôts de pied de talus par tranche verticale a montré un phénomène de cristallisation des particules solides par le bas de l’échantillon ainsi que la formation d’un cœur liquide et moins dense que le reste de l’échantillon.