Comportement en fatigue de l'aluminium 357 coulé par gravité et rhéocoulé.

Le moulage est un procédé de mise en forme qui permet de produire rapidement et à bas prix des pièces d'aluminium de géométries complexes. Cependant, les pièces moulées de façon conventionnelle contiennent des défauts qui nuisent à leur résistance en fatigue. Pour cette raison, le matriçage et l'usinage sont généralement utilisés pour produire des pièces structurales critiques en aluminium. Le moulage semi-solide est un procédé à mi-chemin entre le moulage liquide et le matriçage. En développement depuis les années soixante-dix, ce procédé permet d'améliorer la qualité métallurgique des pièces de fonderie. Le principal avantage du moulage semi-solide (MSS) est de réduire la contraction à la solidification puisque la gelée injectée dans les moules est partiellement solide. Les pièces produites par MSS contiennent normalement moins de retassures que les pièces moulées à l'état liquide. De plus, la microstructure de ces pièces est globulaire ce qui les distingue des pièces moulées à l'état liquide qui possèdent une microstructure dendritique. Les résultats issus de la bibliographie montrent que le rhéomoulage et le thixomoulage ont des avantages sur les plans mécanique et économique. L'allongement à la rupture et la résistance en fatigue d'un matériau mise en forme par MSS sont normalement plus grands que ceux du même alliage mise en forme par moulage en coquille (MC). Toutefois, le ou les paramètres microstructuraux qui influencent la résistance en fatigue des pièces produites par MSS n'ont pas encore été identifié(s). Le but premier de ce travail est donc d'expliquer la différence de résistance en fatigue entre un matériau moulé en coquille et rhéomoulé sur la base de leurs différences microstructurales. Le travail expérimental a été réalisé sur l'alliage d'aluminium 357 produit en six matériaux de microstructures différentes. Cet alliage a été choisi puisqu'il est couramment utilisé dans l'industrie pour produire des pièces d'automobiles et d'aéronefs et il se rhéomoule facilement. De plus, cet alliage a été principalement utilisé pour développer la technologie SEED. D'abord, une quantification des paramètres microstructuraux et des propriétés mécaniques des matériaux a été effectuée. Cela a confirmé que les matériaux rhéomoulés ont une microstructure globulaire. Les résultats montrent aussi une augmentation de la limite d'élasticité de l'alliage attribuable au rhéomoulage. Toutefois, des quatre matériaux rhéomoulés, seuls ceux ayant subi une modification de leur structure eutectique ont un allongement à la rupture supérieur à celui des

Abstract

Casting is a forming process used for rapid and low cost production of aluminum parts of complex geometries. However, conventionally cast parts contain defects that are detrimental to their fatigue strength. For this reason, forging and machining are generally used to produce safety critical aluminum components. Semi-solid molding is a process that can be considered to be half way between liquid casting and solid forging. In development since the seventies, this process is able to improve the metallurgical quality of cast components. The main advantage of semi-solid molding (SSM) is a reduction of the shrinkage during solidification since the material is already partially solid. Components produced by SSM normally contain fewer shrinkage cavities than components cast from the liquid state. Moreover, the microstructure of these components is globular as opposed to components cast in the liquid state that are characterized by a dendritic microstructure. Results found in the literature show that rheomolding and thixocasting have both mechanical and economical advantages. The elongation at fracture and the fatigue resistance of a material produced by SSM are generally higher than those of the same alloy produced by liquid casting in a permanent mold (PM). However, the microstructural parameter influencing the fatigue resistance of SSM components have not yet been identified. The primary objective of this work is to explain the fatigue strength difference between a permanent mold and a rheomolded material on the basis of the microstructural differences. The experimental work has been carried out using aluminum 357 alloy which was produced in six specimens characterized by different microstructures. This alloy was chosen because it is frequently used in the industry to produce automotive and aerospace components and because it is easy to rheomold. Also, this alloy has been widely used to develop the SEED technology. First, the microstructural characteristics and mechanical properties of the materials were quantified. This confirmed that the SSM materials have a globular microstructure. The results also showed an increase of the yield strength attributed to rheomolding. However, among the four SSM materials, only those for which the eutectic structure was modified had higher elongation at fracture than the permanent mold materials. The highest measured elongation at fracture is 19 % obtained for the modified SSM material, tested in the as-cast condition. The other materials tested all have an elongation at fracture below 10 %. For both shaping process, results show that