Les familles d’alliages d’aluminium
Suivant les principaux éléments d’addition (le chrome, le cuivre, le manganèse ou le fer) on peut regrouper les alliages d’aluminiums en plusieurs familles, pour chaque famille un code numérique à quatre chiffres. Il existe environ 310 alliages d’aluminium différents. Certains alliages possèdent des caractéristiques mécaniques qui répondent très bien aux besoins du domaine aéronautique. La plupart des alliages d’aluminium utilisés dans les structures aéronautiques sont des alliages à durcissement structural, comme ceux de la série 2xxx. Les caractéristiques mécaniques des alliages de la série 2000 sont accrues en raison de la fine précipitation d’une seconde phase. Ce type d’alliage est donc constitué d’une matrice, qui correspond à une solution solide de cuivre dans l’aluminium, de précipités durcissants, mais aussi de particules intermétalliques grossières et enfin de dispersoïdes. Les dispersoïdes se forment par précipitation à l’état solide. Ils sont généralement constitués d’éléments ajoutés comme le chrome ou le manganèse et cela dans le but d’éviter une recristallisation des produits travaillés à chaud. Une fois formés, ces précipités de 0,02 à 0,5μm de longueur ne peuvent plus être complètement dissous.
Leur fraction volumique, leur taille ainsi que leur distribution peuvent être néanmoins modifiées au cours de traitements thermomécaniques. En général, la ténacité d’un matériau peut être augmentée en augmentant la taille des dispersoïdes tout en diminuant leur nombre. Les dispersoïdes peuvent aussi influencer la tenue à la corrosion d’un matériau.
Séquence de précipitation dans les alliages Al-Cu
En effet, on peut rencontrer des séquences de précipitation parfois complexes avant d’aboutir au précipité d’équilibre. Ces séquences de précipitation qui commencent souvent par l’apparition de ségrégation ou amas conservant la structure de la solution solide et totalement cohérents avec elle, ont été largement étudiée dans les alliages d’aluminium à la suite de la mise en évidence de tel amas dans l’alliage Al-Cu par Guinier et Preston , d’où le nom de zones de GUINIER–PRESTON ou zone G.P.
Précipités métastables : Un alliage de composition C tend à se décomposer en deux phases, ces deux phases sont définies par la tangente commune aux courbes de l’énergie libre. Lorsque une phase séparée en deux, l’énergie libre de l’alliage diminue progressivement. La courbe β’ représente l’énergie d’une phase métastable (le solvus de la phase métastable) qui est possible à une énergie plus élevée que celle qui correspond à la phase plus stable (β) (énergie libre plus faible).La cinétique de la précipitation ne conduite pas obligatoirement à l’apparition de la phase la plus stable, des phases métastables peut être préférées, si les facteurs d’énergie interraciale et d’énergie élastique rendent sa germination plus facile.
Cristallisation
Germination, croissance, cinétique globale : Transition thermodynamique du premier ordre, la cristallisation procède de deux étapes : la germination, qui est l’apparition au sein du bain fondu de sites (germes actifs) à partir desquels la cristallisation va pouvoir démarrer, et la croissance, qui est le développement de ces germes en entités morphologiques observables. La germination est dite homogène si les germes apparaissent spontanément au gré des fluctuations thermiques. Au contraire, la germination hétérogène nécessite la nprésence de corps étrangers.
La cristallisation peut également être appréhendée de façon globale en donnant soit l’évolution de la fraction volumique cristallisée en fonction du temps, soit l’évolution de la fraction volumique α(t) transformée en entités morphologiques d’une forme donnée (sphères en 3D).
Fusion haute fréquence sous induction magnétique
L’induction électromagnétique est une technique de chauffage pour les matériaux conducteurs d’électricité (métaux), fréquemment utilisée pour de nombreux procédés thermiques tels que la fusion ou la chauffe des métaux.
L’induction électromagnétique a pour particularité de générer la chaleur directement à l’intérieur du matériau à chauffer. Cette particularité présente de nombreux atouts par rapport aux méthodes de chauffe plus standards, notamment la réduction des temps de chauffe et des rendements élevés, ou encore la possibilité de chauffer de façon très locale.
Les hautes densités de puissance mises en jeu permettent d’obtenir des vitesses de chauffe très rapides.
Installation de chauffage par induction
Aspects génériques : L’ensemble constitué de la bobine inductrice et de la charge se comporte, vu depuis la source d’alimentation, comme un circuit globalement inductif. Afin de réduire la consommation d’énergie réactive de ce circuit, il convient d’y adjoindre des condensateurs pour relever le facteur de déplacement.
L’alimentation est assurée par un convertisseur de fréquence permettant de faire varier la fréquence d’alimentation du circuit.
Les installations de chauffage inductif doivent inclure un système de refroidissement pour le convertisseur de fréquence et pour l’inducteur, ainsi qu’un système de transport de l’énergie et un système de commande et de mesure adapté.
Alimentation énergétique et générateur : L’alimentation électrique peut être de différente nature selon la fréquence d’alimentation de l’installation.
Inducteurs : Pour la plupart des applications, l’inducteur est un tube en cuivre creux se présentant comme un enroulement venant couvrir l’objet à chauffer. Toutefois, l’inducteur peut être placé de différentes façons selon l’application.
L’inducteur est le plus souvent en cuivre, afin de limiter les pertes électriques, et refroidi par eau, dans la plupart des cas.
Principes physiques : Le principe du chauffage par induction électromagnétique est basé sur deux phénomènes physiques : L’induction électromagnétique , L’effet joule.
Table des matières
Introduction générale
Chapitre I : Bibliographie
I.1 Introduction
I.2 Les alliages Aluminium-Cuivre
I.2.1. Généralités
I .2.1.1.Les familles d’alliages d’aluminium
I. 3. Diagramme de phases du système binaires Al-Cu
I.3.1 Spécificités de l’aluminium
I.3.2 Spécificités du cuivre
I.4 Séquence de précipitation dans les alliages Al-Cu
I.4.1Précipités métastables
I.4.1.1 Zones de Guinier Preston(GP1)
I.4.1.2 Phase θ »(GP2)
I.4.1.3 Phaseθ’
I.4.1.4 Phase θ(Al2Cu)
I.4.1.5 Cas de Al-1.8.at. % Cu (4.5% masse en Cuivre)
I-5 Mécanismes de solidification
I-5-1Cristallisation
I-5-1-1 Germination, croissance, cinétique globale
I-5-1-2 Morphologies
I-5-1-2 -1 Morphologies eutectiques
I-5-1-2-2 -Mécanisme de développement d’une structure eutectique
I.6.Références bibliographiques
Chapitre II : Fusion sous induction Haute fréquence
II-1 Fusion haute fréquence sous induction magnétique
II-1-1 Introduction
II.1.2.Installation de chauffage par induction
II.1.2.1 Aspects génériques
II.1.2.2 Alimentation énergétique et générateur
II.1.2.3 Inducteurs
II.1.2.4 Principes physiques
II.1.2.4 .1 Induction électromagnétique
II.1.2.4 .2 Profondeur de pénétration
II.1.3-Propriétés du chauffage par induction
II.1.3.1 Transfert de puissance : calcul simplifié
II.1.3 Conclusion
Chapitre III : Matériaux et méthodes
III-1 Alliages étudiés
III-1-2 Préparation des échantillons
III-1-2-1 Compactage de poudres
III-1-2-2 Générateur de fusion haute fréquence sous induction
III-1-2-2-1 Alliages solidifiés
III-2 Caractérisation des alliages
III-2-1 Diffraction des rayons-x
III-2-2 Microscopie électronique à balayage M.E.B
III-2-2 -1 Cartographie de l’échantillon Cu50 Al50
III-3 Pulvérisation ionique suivie par spectroscopie optique
III-3-1Principe de fonctionnement de L’ICP
III-3-2 Description de la méthode ASSO
III-3-3 Etudes expérimentales
Chapitre IV : Phases et microstructures
IV-1Introduction
IV-2 Identification de la phase thêta’
IV-2-1 Modèle de passage
IV-2-2 Forme des précipités
IV. 3 Microdureté
IV. 3 Vitesse de solidification
IV. 3 Séparation électromagnétique
IV-4 Conclusion
IV-5 Références
Chapitre V : Pulvérisation ionique
V-1 Introduction
V-1 Résultats expérimentaux
V-2 Effet de la couche d’oxyde
V-3 Alliages Cu-Al
V-3 Etude du pouvoir analytique de la méthode ASSO
V-3-1 Etude du rapport des intensités de l’aluminium sur le cuivre en fonction du temps
V-3-1 -1 Echantillon Cu21 Al79
V-3-1 -2 Echantillon Cu29 Al71
V-3-1 -3 Echantillon Cu90 Al10
V-4 Conclusion
V-5 Références
Conclusion générale
