Etude de la morphologie de direction de croissance d’alliage à base d’aluminium par solidification

Description

Détermination des paramètres microstructuraux dans les alliages d’Al-Zn. Une étude préalable a montré que l’alliage Al-Zn (alliage eutectique) présente une [1]morphologie dendritique et cristallographique différente selon la teneur en zinc de l’alliage . L’aluminium a une structure cubique face centrée et est faiblement anisotrope alors que le zinc a une structure hexagonale et est fortement anisotrope. Cette différence d’anisotropie entraîne une variation de l’énergie interfaciale modifiant les morphologies et les directions de croissance dendritique. Deux types de morphologie sont principalement observées, soit une structure dendritique « standard » (fig. a) avec des bras primaires et secondaires bien définis accompagnée d’eutectique (fig. b) ou non, soit une structure dite « seaweed » (fig. c) ne présentant pas de bras primaires et secondaires distincts et encore mal caractérisée. Le but de ce projet est d’analyser les morphologies dendritiques obtenues pour différentes compositions d’Al-Zn par observation en microscopie optique et électronique, et de réaliser une série de mesures statistiques de grandeurs caractéristiques des dendrites : distances entre bras primaires λ distances entre bras secondaires λ caractéristiques de 1, 2, l’eutectique (distance interlamellaire λ). Après la prise de connaissance de théorie sur la solidification, le ou les étudiants utiliseront des échantillons déjà solidifiés (ou en produiront si besoin est) et analyseront ...

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• Publié par: Nasor
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• Langue: Français

Extrait

Détermination des paramètres microstructuraux dans les alliages d’Al-Zn.

Une étude préalable a montré que l’alliage Al-Zn (alliage eutectique) présente une

morphologie dendritique et cristallographique différente selon la teneur en zinc de l’alliage

[1]

.

L’aluminium a une structure cubique face centrée et est faiblement anisotrope alors

que le zinc a une structure hexagonale et est fortement anisotrope. Cette différence

d’anisotropie entraîne une variation de l’énergie interfaciale modifiant les morphologies et les

directions de croissance dendritique.

Deux types de morphologie sont principalement observées, soit une structure

dendritique « standard » (fig. a) avec des bras primaires et secondaires bien définis

accompagnée d’eutectique (fig. b) ou non, soit une structure dite « seaweed » (fig. c) ne

présentant pas de bras primaires et secondaires distincts et encore mal caractérisée.

Le but de ce projet est d’analyser les morphologies dendritiques obtenues pour

différentes compositions d’Al-Zn par observation en microscopie optique et électronique, et

de réaliser une série de mesures statistiques de grandeurs caractéristiques des dendrites :

distances entre bras primaires

λ

1,

distances entre bras secondaires

λ

2,

caractéristiques de

l’eutectique (distance interlamellaire

λ

).

Après la prise de connaissance de théorie sur la solidification, le ou les étudiants

utiliseront des échantillons déjà solidifiés (ou en produiront si besoin est) et analyseront les

échantillons par méthodes de microscopie optique.

Une analyse statistique sur les paramètres microstructuraux sera menée, une méthode

de caractérisation des structures seaweed devra être développée (caractérisation de la

morphologie coupe transversale et longitudinale, diamètre moyen ?

λ

1

?..).

Enfin une analyse plus particulière au niveau de la pointe de la dendrite (échantillons

trempés) permettra de caractériser la cinétique de pointe, de même une analyse de la stabilité

marginale pourra être menée

[2]

.

Différentes morphologies obtenues par solidifications dirigées

: (a) dendrites « standards »

observées en coupe longitudinale dans un Al10Zn90 (%poids) obtenues par solidification

Bridgman, les distances caractéristiques

λ

1

et

λ

2

sont représentées, (b) microstructures de type

seaweed observées en coupe longitudinale dans un Al55Zn45(%poids) obtenue par

solidification directionnelle, (c) microstructure eutectique observée en coupe transversale

dans un Al4Zn96 (%poids) la distance caractéristique

λ

est représentée.

[1] F.Gonzales, M.Rappaz, Met Trans A 37A, September 2006, Dendrite Growth Directions In

Aluminum Zinc Alloys.

[2]W. Kurz and D. Fisher: Fundamentals of Solidification (Trans. Tech. Publ.,

Aedermansdorf, Switzerland, 1998) p. 69.

Responsables : F. Gonzales, MXG-317, 33943,

[e-mail]

Professeur :

M. Rappaz

Projet de semestre Master

Responsable : Denis Favez (MXG311- tel : 34912)

Etude de la solidification d’un alliage péritectique Au-Fe

Dans une certaine plage de composition, les alliages Au-Fe présentent une solidification

péritectique (c-à-d de type l +

α

↔

β

). Juste en dessous de la température péritectique, deux

phases peuvent coexister : la phase

γ

, riche en fer, et la phase

α

, riche en or. Cependant, la

solubilité des éléments dans l’autre phase diminue avec la température (la solubilité de l’or

dans la phase

γ

, et vice-versa). On à affaire alors à un type de précipitation particulier, nommé

précipitation discontinue

(zones 1 et 3 dans la Fig. 1).

Le but de ce projet est l’étude de la formation de telles microstructures au moyen d’un four de

solidification dirigée (Bridgman), en fonction de la composition et des paramètres de

solidification. Des observations et des mesures de compositions seront réalisées par

microscopie électronique à balayage. De plus, l’analyse sera complétée par une modélisation

simplifiée de ce système.

Figure 1: Exemple d’unemicrostructure de solidification d’un alliage Au-Fe-Ni

Projet de Master

La croissance de dendrites maclées dans les alliages d'aluminium a été mise en évidence lors

d’expériences de solidification dirigée, en présence de mouvements de convection induits par

remplissage du moule et par refroidissement des parois latérales. Les troncs des dendrites

maclées croissent typiquement selon des directions <110> et sont traversés en leur milieu par

un plan de macle {111}. Les bras secondaires se développent aussi selon des directions [110].

[1]

.

Figure 1. Structure maclée dans un alliage

Al-10 % pds Zn

La combinaison de facteurs tels que le

gradient, l’intensité de la convection et la

nature des éléments d'alliage semble être à

l'origine des structures maclées

[1][2]

. Il

s'agira donc, dans ce projet de master, de

mieux

caractériser

et

contrôler

les

conditions d'apparition de macles en

fonction de la teneur en soluté et de la

convection induite lors de la solidification.

L'étudiant devra préparer les échantillons

et les étudier en utilisant des méthodes

métallographiques diverses.

[1]. S.Herny, P.Jarry and M.Rappaz. <110> Dendrite growth in aluminium feathery grains. Met and Mat Trans.V

29A,(1998) pp.2807

[2]. S. Henry, G. U Ruen, et M. Rappaz. Influence of convection on feathery grain formation in aluminium

alloys.

Met and Mat Trans

. V 35A, (2004) 2495-2501

Responsables:

Mario Salgado

[e-mail]

MXG-334, 32979

Professeur:

M. Rappaz

Master project: thermal dendritic solidification of pure substances (simulation)

The goal of this project is to use the phase field method for the understanding of the non-

equilibirum pattern formation of a stable phase of a pure substance which grows at the

expense of its metastable phase. Different morphologies are observed depending on the used

simulations parameters: seaweed, doublons and dendrites.

Necessary background: Cours modélisation, programming skills in C/C++

Languages: français or English

Contact: Herman Singer, MXG319, tél: 32936,

[e-mail]

.

Master project: directional solidification of a binary alloy system (simulation)

The goal of this project is to develop within the framework of the phase field method a code,

which simulates the different patterns arising in directional solidification depending on the

pulling velocity and imposed temperature gradient. Especially the transitions from cellular to

dendritic growth will be studied and classified.

Necessary background: Cours modélisation, programming skills in C/C++

Languages: français or English

Contact: Herman Singer, MXG319, tél: 32936,

[e-mail]

.

Master project: Adaptive mesh implementation in 1D

Ti-Al simulations

The goal of this project is to study the solid-solid transition from alpha to gamma phases in

the binary alloy Ti-Al. The equations of the 1D model will be changed in such a way that they

will allow for a solution on an adaptive mesh, which will significantly speed up the

calculations.

Necessary background: Cours modélisation, programming skills in C/C++

Languages: français or English

Contact: Herman Singer, MXG319, tél: 32936,

[e-mail]

.