Le contrôle de la microstructure des alliages d'aluminium utilisés lors du moulage sous pression est essentiel afin d'optimiser leurs propriétés mécaniques. Celui-ci requiert une bonne compréhension du rôle de chacun des éléments contenus dans les alliages étudiés, ainsi que leurs interactions. La présente étude a permis de déterminer le rôle du manganèse sur la cinétique de précipitation des alliages Aural™-2, Aural™-3 et Aural™-5, tant à l'état tel que coulé qu'après un traitement thermique de 10h à 550°C, visant à homogénéiser la structure et mettre en solution le Mn. Les observations microscopiques effectuées lors du *volet pratique* de cette étude ont permis de constater qu'à l'état tel que coulé (F), le manganèse précipite sous la forme de deux composés intermétalliques distincts, soient sous la forme de polyèdres et de plaques minces. Selon des analyses subséquentes au microscope électronique à transmission et par calorimétrie différentielle à balayage, le composé intermétallique polyédrique correspond stœchiométriquement à la phase α-Al₁₅(Mn,Fe)₃Si₂. Il s'agit également du composé intermétallique riche en Mn le plus communément retrouvé dans les simulations thermodynamiques effectuées. La taille et la disposition du composé α-Al(Mn,Fe)Si dans la microstructure solidifiée suggèrent la présence d'une cristallisation partielle des alliages dans la chemise d'injection. Cette phase demeure à l'équilibre à haute température, ce qui explique qu'on la retrouve toujours après le traitement de mise en solution. La précipitation de dispersoïdes α-Al(Mn,Fe)Si a également été observée à la suite de ce traitement thermique. Le composé intermétallique riche en Mn présentant une morphologie en plaque correspond quant à lui à la phase δ-Al(Mn,Fe)Si, dont la stœchiométrie la plus probable est Al₃(Mn,Fe)Si₂. Ce composé intermétallique hors équilibre semble s'être formé en fin de solidification de l'eutectique Al-Si, en raison des taux de refroidissement élevés ayant conduit à une importante microségrégation des éléments d'alliage. Le composé δ-Al(Mn,Fe)Si semble se fragmenter et se transformer en composé intermétallique stable α-Al(Mn,Fe)Si après le traitement de mise en solution, comme observé dans la littérature pour le composé intermétallique en plaque β-Al(Fe,Mn)Si. En plus des observations pratiques, le *volet théorique* a permis d'observer une disparité des phases prédites lors de la solidification selon le modèle de simulation (Scheil-Gulliver ou Brody-Flemings multiphasé), le logiciel de simulation CALPHAD (Thermo-Calc™ ou MatCalc®) et la base de données thermodynamique utilisés. Aucune des simulations n'a toutefois permis d'identifier la solidification de δ-Al(Fe,Mn)Si, tel qu'observé en laboratoire. Néanmoins, la simulation DICTRA du traitement thermique a pu prédire la dissolution de la phase β-Mg₂Si, ainsi que la stabilité de la phase α-Al(Fe,Mn)Si durant le traitement de mise en solution. / Controlling the microstructure of aluminum alloys used in High Pressure Vacuum Die Casting (HPVDC) is essential to optimize their mechanical properties. This requires a good understanding of the role of each alloying elements in the alloys studied, as well as their interactions. This study determined the role of manganese in the precipitation kinetics of Aural™-2, Aural-3 and Aural-5 alloys, both in the as-cast condition and after a 10h heat treatment at 550°C aimed at homogenizing the structure as well as solutionizing the Mn. Microscopic observations made during the *practical part* of this study revealed that, in the as-cast (F) state, the Mn precipitates as two distinct intermetallic compounds; polyhedras and thin plates. Subsequent analysis by transmission electron microscope and differential scanning calorimetry revealed that the polyhedral intermetallic compound corresponds stoichiometrically to the phase α-Al₁₅(Mn,Fe)₃Si₂. It is also the most common Mn-rich intermetallic compound found in the thermodynamic simulations carried out. The size and the arrangement of the α-Al(Mn,Fe)Si compound in the solidified microstructure suggests the presence of a partial crystallization of the alloys in the shot sleeve. This phase remains at equilibrium at high temperature, which explains why it is still present after solution heat treatment. The precipitation of α-Al(Mn,Fe)Si dispersoids was also observed following this heat treatment. The Mn rich compound exhibiting a plate morphology corresponds to the intermetallic phase δ-Al(Mn,Fe)Si, whose most probable stoichiometry is Al₃(Mn,Fe)Si₂. This out-of-equilibrium intermetallic compound seems to have formed at the end of solidification of the Al-Si eutectic, due to the high cooling rates leading to significant microsegregation of the alloying elements. The δ-Al(Mn,Fe)Si compound appears to fragment and transform into the equilibrium α-Al(Mn,Fe)Si intermetallic compound after solution heat treatment, as observed in the literature for the plate-like β-Al(Fe,Mn)Si intermetallic compound. In addition to the experimental observations, the *theoretical part* of this study revealed a disparity in the predicted phases during solidification according to the different simulation models (Scheil-Gulliver or Brody-Flemings multiphase), CALPHAD simulation softwares (Thermo-Calc™ or MatCalc®), and thermodynamic databases used. None of the simulations, however, predicted the solidification of the observed δ-Al(Fe,Mn)Si. Nevertheless, the heat treatment simulation conducted with DICTRA was able to predict the dissolution of the β-Mg₂Si phase, as well as the stability of the α-Al(Fe,Mn)Si phase during solution heat treatment.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/142206 |
| Date | 26 April 2024 |
| Creators | Gauvin, Hubert |
| Contributors | Larouche, Daniel |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xvi, 122 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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