Aluminium de la série 1000
Les alliages de la série 1000 sont constitué d’aluminium pur à 99%. Cette série présente une excellente résistance à la corrosion, ainsi qu’une haute conductivité thermique et électrique. Il est largement utilisé dans les industries de la construction (automobile, aérospatiale). Néanmoins, sa performance mécanique par rapport aux autres matériaux, est faible . L’aluminium 1100 ou 1200 sont usés dans les domaines suivants : l’industrie alimentaire, le chaudronnage .
Propriétés chimiques : Généralement, l’aluminium pur c’est un réducteur fort qui se trouve sous la forme d’ions Al3+ en solution. Pour former l’alumine Al2O3, l’oxydation d’aluminium est rapide à chaud et lente à froid. La réaction exothermique de l’aluminium avec une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium résulte de l’aluminate de sodium et du dihydrogène gazeux. La précipitation d’une solution contenant des cations Al3+ à l’aide d’une base produit d’hydroxydes d’aluminium. Propriétés physiques : L’aluminium pur est connu pour son aspect argent ou gris mat, variable selon son état d’oxydation. Une mince couche oxydée d’environ 5 à 10 nanomètres se forme à la surface lorsque ce métal est exposé à l’air libre et qui empêche la progression de la corrosion dans un environnement agressif.
Les facteurs influents sur la corrosion
Le comportement de corrosion des matériaux est influencé par plusieurs facteurs ; Le comportement à la corrosion se manifeste sous de nombreuses formes, selon les interactions complexes impliquées. Pour cela, la résistance à la corrosion d’un métal donné n’est pas une propriété intrinsèque de ce métal, mais une propriété de système environnemental. Le même métal peut rapidement se corroder dans un certain environnement.
La résistance à la corrosion des métaux est essentiellement déterminée par la réactivité du l’interface métal-environnement. Par conséquent, la caractérisation chimique et structurale des surfaces et des interfaces et l’étude de leur comportement électrochimique dans un environnement donné sont des aspects importants de la science de corrosion .
Corrosion par piqûres
La corrosion par piqûres existe sur les métaux passifs en présence de certains ions de chlore. Ce processus produit des cavités avec des diamètres sur l’ordre de plusieurs dizaines de micromètres. Autrement dit, la corrosion par piqûre se produit sur des métaux et alliages plus ou moins passivés dans les environnements contenant le chlorure, bromure, ou ions de perchlorate quand le potentiel de l’électrode dépasse une valeur critique. Cette forme de corrosion est caractérisée par les puits étroits avec un rayon de même ordre de grandeur, ou moins que, la profondeur.
Les puits peuvent être de forme différente, mais la chose commune est la frontière pointue. L’aluminium est exposé à la corrosion par piqûre dans les milieux contenant le chlorure. Pour les matériaux qui sont passifs, par exemple l’aluminium et les aciers inoxydables, la piqûre de corrosion est lancée par l’adsorption des ions qui pénètrent le film passif à certaines positions. Ceci se produit aux points faibles du film d’oxyde, par exemple aux irrégularités dans la structure d’oxyde due aux frontières de grain ou inclusions dans le métal. Après nucléation de piqûre il y a une croissance successive des piqûres qui impliquant le développement des puits de quelques nanomètres au micromètre, ont été étudiés avec les microscopes (STM) et (MEB) .
Fatigue des alliages d’aluminium
L’endommagement par fatigue se réfère au comportement des matériaux dus à l’application de contraintes cycliques. Si le nombre de cycles de contrainte et l’amplitude sont suffisants, il y’aura une fissuration suivie d’une rupture par fatigue sans allongement.
Le but des essais de fatigue est de déterminer le comportement du matériau, sous des sollicitations de contraintes périodiques, analogues à celles qui se produisent dans la pratique.
Les objectifs des essais de fatigue visent à vérifier la conformité d’un produit par rapport à une norme ; valider ou optimiser un nouveau produit ou rechercher des solutions constructives pour un composant en service .
Endommagement par fatigue : La durée de vie en fatigue jusqu’à la rupture regroupe deux périodes: la période d’initiation des fissures et la période de croissance des fissures. La différenciation entre les deux périodes est importante car plusieurs conditions de surface affectent la période d’initiation, tel que la rugosité, mais ont une influence négligeable sur la période de croissance des fissures qui est lent, en raison des effets des microstructures, par exemple les joints des grains. Cependant, après l’apparition d’une croissance de microfissure loin du site de nucléation, on observe une croissance plus régulière.
Faciès des surfaces de rupture par fatigue
Dans une rupture par fatigue, il y’a deux zones d’importance variable selon l’amplitude des contraintes. La première est la zone de rupture par fatigue avec une surface d’aspect lisse et la deuxième est celle de rupture finale et brutale. Sur la première, on observe des lignes d’arrêt dont la courbure permet de remonter au foyer de la rupture, ou le point d’amorçage.
Ces lignes démontrent le caractère progressif de la fissuration. A très fort grossissement, on observe un faciès caractéristique formé de stries parallèles, mais cette fois sur les pièces rompues en service . L’hypothèse qu’une strie correspondait à un petit nombre de cycles dans le cas d’un alliage léger soumis à des cycles d’amplitude variable est montré. Lorsque l’amplitude de la contrainte maximale est grande, les stries sont écartées. On distingue deux types de striations ductiles et fragiles. Les premières sont observées dans les matériaux doux.
Les secondes, plus difficiles à observer, ont été vues dans des matériaux plus durs ou en présence d’une atmosphère corrosive . L’effet de fréquence et la technique d’essai sur le comportement en fatigue d’alliage d’aluminium 5083 est étudié. Ils ont observé que l’initiation de la fissure pour l’alliage d’aluminium est toujours apparue à la surface. Aux faibles contraintes il n’y a qu’un seul site d’initiation des fissures, et à forte contrainte il y’a plusieurs.
Table des matières
Introduction générale
RECHERCHE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitre I : Généralités sur Aluminium et ses alliages
I.1. Désignation des alliages d’aluminium
I.2. Propriétés et applications des principaux alliages d’aluminium
I.2.1. Aluminium de la série 1000
I.2.1.1. Propriétés chimiques
I.2.1.2. Propriétés physiques
I.2.1.3. Propriétés mécaniques
I.2.1.4. Structure d’aluminium 1050A
Composition chimique de l’Al 1050A
Propriétés mécaniques de l’Al 1050A
Applications
I.2.2. Alliages Al-Cu de la série 2000 Duralumin
I.2.3. Alliages Al-Mn de la série 3000
I.2.4. Alliages Al-Si de la série 4000 (Alpaxe)
I.2.5. Alliages Al-Mg de la série 5000
I.2.6. Alliages Al-Mg-Si de la série 6000
I.2.7. Alliages Al-Zn de la série 7000
Chapitre II : Généralités de la corrosion
II.1. Corrosion des alliages d’Aluminium
II.1.1. Réaction fondamentale de la corrosion
II.1.2. Les réactions électrochimiques dans la corrosion d’aluminium
II.1.3. Les facteurs influents sur la corrosion
II.1.4. Différents types de corrosion
II.1.4.1. Corrosion uniforme
II.1.4.2. Corrosion localisé
II.1.4.3. Corrosion sous contrainte
II.1.4.4. Corrosion par piqûres
II.1.5. Corrosion de l’aluminium 1050A
Chapitre III : Théorie de la fatigue
III.1. Fatigue des alliages d’aluminium
III.1.1. Endommagement par fatigue
III.1.2. Morphologie d’une surface de rupture
III.1.3. Amorçage
III.1.3.1. L’amorçage par glissement cyclique
III.1.3.2. Amorçage à partir des micro-hétérogénéités
III.1.3.3. Amorçage à partir des particularités géométriques
III.1.4. Propagation de fissures
III.1.4.1. Modes de fissuration
III.1.4.2. Courbes de propagation des fissures
III.1.4.3. Les lois de la vitesse de fissuration
III.1.5. Faciès des surfaces de rupture par fatigue
III.1.6. Différents stades en fatigue
III.1.6.1. Chargement
III.1.6.2. Diagramme d’endurance
Domaine plastique oligocyclique
Domaine d’endurance limitée
Domaine d’endurance illimitée
III.2. Fatigue – corrosion
III.2.1. Amorçage des fissures
III.2.1.1. Environnement aqueux
III.2.1.2. Environnement gazeux
III.2.2. Propagation des fissures
III.2.2.1. Effet de la contrainte moyenne
III.2.2.2. Effet de la fréquence
III.2.3. Modèles de fatigue – corrosion
III.2.3.1. Modèle de dissolution / repassivation
III.2.3.2. Modèle de fragilisation à l’hydrogène
Chapitre IV : Analyse bibliographique (Travaux antérieurs)
IV. Analyse des travaux antérieurs
ESSAIS EXPERIMENTALS
Chapitre V : Préparation des échantillons et techniques expérimentales
V.1. Etat du matériau de réception
V.2. Préparation des éprouvettes
V.2.1. Prélèvement des éprouvettes pour essais de fatigue
V.2.2. Application de la corrosion localisée sur les éprouvettes
V.2.3. Essai de traction
V.2.3.1. Détails de la machine de traction
V.2.3.2. Diagramme effort-allongement
V.2.4. Essai de Fatigue
V.2.4.1. La machine de fatigue utilisée
V.2.4.2. Description de système
Vibrophore
-Système oscillant à 3 masses
-Système oscillant à 2 masses
-Amplitude de force
-Fréquence de résonnance
-Fréquence d’essais
-Force moyenne
V.2.4.3. Mode opératoire des essais de Fatigue
V.2.5. Essai de dureté Vickers
V.3. Caractérisation microstructurale
V.3.1. Microscopie optique
V.3.1.1. Polissage
V.3.1.2. Nettoyages des échantillons
V.3.1.3. Révélation de la structure
V.3.2. Microscopie électronique à balayage (MEB)
V.3.2.1. Principe
V.3.2.2. Equipement utilisé.
V.3.3. Technique de mesure de la densité de piqûres au microscope optique
V.4. Méthodes de détermination de la limite d’endurance
V.4.1. Méthode de l’escalier
V.4.1.1. Conduite des essais
V.4.1.2. Exploitation des résultats
V.4.2. Méthode des probits
V.4.2.1. Conduite des essais
V.4.2.2. Exploitation des résultats
V.4.3. Méthode d’itération
V.4.3.1. Conduite des essais
V.4.3.2. Exploitation des résultats
V.4.3.3. Estimation de la résistance à la fatigue
V.4.4. Méthode de K éprouvettes non rompues
V.4.4.1. Conduite des essais
Chapitre VI : Résultats expérimentaux et discussions
VI.1. Analyse structurale d’Aluminium 1050A à l’état de livraison
VI.2. Caractérisation mécanique (Dureté et Traction)
VI.2.1. Propriétés de résistance à la traction
– Essai de mesure de résistance par traction
– Eprouvette d’essai de traction
– Analyse de la courbe de traction enregistrée
VI.2.2. Propriétés de dureté
VI.3. Analyse des piqûres
VI.3.1. Mesure de la densité des piqûres
VI.3.2. Mesure de la profondeur de piqûre
VI.4. Interprétation des résultats des essais de fatigue
VI.4.1. Résultats des essais de fatigue obtenus sur des éprouvettes saines (non corrodés)
VI.4.2. Résultats des essais obtenus sur éprouvettes corrodées
Cas des éprouvettes corrodés pendant 8h
Cas des éprouvettes corrodés pendant 24h
Cas des éprouvettes corrodés pendant 40h
Cas des éprouvettes corrodés pendant 56h
Cas des éprouvettes corrodés pendant 72h
VI.4.3. Comparaison entre la pente K, distribution de contrainte (Tσ), distribution de nombre de cycle (TN), limite d’endurance (σD) pour les essais de fatigue et fatigue-corrosion
VI.4.4. Effet de la corrosion sur les propriétés de la limite d’endurance en fatigue dans l’air
VI.5. Observation des faciès de rupture par fatigue des échantillons non corrodés et corrodés pendant 24, et 72 h
VI.5.1. Examen des piqûres de corrosion par MEB après rupture par fatigue
Conclusion générale
Références bibliographiques
