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Microstructure de fonderie

visuel test01P. Paillard, E. Bertrand, L. Couturier

Dans le cadre d’une thèse CIFRE (thèse de Quentin BOYADJIAN) avec une fonderie sur l’influence de la composition d’un alliage, ici alliages Plomb – Antimoine, nous avons étudié les évolutions de microstructures en lien avec la composition de l’alliage (Figure 1a). De plus, nous avons suivi l’évolution des propriétés mécaniques des alliages au cours du temps. En effet, les alliages de plomb ont la fâcheuse tendance à évoluer au cours du temps, même à la température ambiante du fait de modification microstructurale entrainant des modifications des propriétés mécaniques plus ou moins marquées en fonction des alliages (Figure 1b).

 

 

 

microstructure fonderie  proprietes meca PbSn
a b
Figure 1 : évolution des microstructures de fonderie (a) et des propriétés mécaniques (b) pour des alliages Plomb – Antimoine

 

Les moyens de caractérisation microstructurale que nous maitrisons au sein de l’équipe, nous ont permis de faire des caractérisations très fines en particulier via des cartographies EBSD (Figure 2).

 EBSD microstructure Pb crop
a                                                             b
Figure 2 : cartographies EBSD des microstructures de fonderie du plomb pur (a) et d’un alliage Plomb – 4% Antimoine (b)

 

Comme indiqué précédemment, les alliages de Plomb – Antimoine évoluent au cours du temps à température ambiante soit par précipitation, soit par recristallisation dans le cas où l’alliage a été mis en forme par écrouissage suite à l’opération de fonderie. La Figure 3 montre l’évolution de la microstructure, caractérisée par EBSD, écrouie au cours du temps alors que la Figure 4 donne les évolutions de propriétés mécaniques des différents alliages Plomb – Antimoine déformés (20 et 40% d’écrouissage) ou non déformes au cours du temps.

EBSD microstructure PbSn crop
a                                                             b
Figure 3 : imagerie EBSD de la recristallisation statique à la température ambiante d’un alliage Plomb – 8% Antimoine déformé à 20%, (a) 1 heure après la déformation, (b) 4 heures après la déformation

 

Vickers 20               Vickers 40
                          a b                                  
Figure 4 : évolution des propriétés mécaniques (dureté Vickers) au cours du temps pour du Plomb pur et 2 alliages Plomb – Antimoine au cours du temps et pour 2 taux de déformation initiale : 20% (a) et 40% (b)

Dans le cadre de la thèse de Said BEROUAL (co-encadrement avec la Faculté des Sciences et de Technologie de l’Université Mohamed Khider à Biskra, Algérie), ce dernier a caractérisé les microstructures de pièces de fonderie en alliage d’aluminium (Aluminium – Silicium – Cuivre – Magnésium) obtenues par deux procédés de fonderie : fonderie par gravité en moule en sable et fonderie sous pression en moule métallique. Les différences en terme de vitesse de refroidissement des deux procédés ont permis d’obtenir des microstructures différentes en terme de morphologie granulaire, taille de grains et état de précipitation. La Figure 5 montre les 2 microstructures obtenues. Said Béroual a ensuite pu déterminer les différents précipités présents dans les pièces par différentes techniques présentes au laboratoire. La Figure 6 montre des observations en microscopie électronique à balayage ainsi que des analyses chimiques en EDX des différents précipités.

microstructure AlSiCuMg crop
Figure 5 : influence de la technologie de fonderie sur les microstructures obtenues dans le cas d’alliages Aluminium – Silicium – Cuivre – Magnésium : (a) et (c) coulée sable par gravité, (b) et (d) coulée sous pression. Observations en microscopie optique (a) et (b) et en microscopie électronique à balayage en contraste chimique (c) et (d)

 

MEB EDX Fe c rop 
Figure 6 : micrographies MEB et cartographies EDX de la phase a-Fe en écriture chinoise dans un alliage Al-Si-Cu-Mg coulé en sable. (a) et (c) imagerie en contraste chimique, (b) imagerie en contraste topographique, (d) cartographie des éléments chimiques

 

 

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