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

Myriam Brochu

Ph.D. thesis (2010)

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Abstract

Casting is a forming process used for rapid and low cost production of aluminum parts ofcomplex geometries. However, conventionally cast parts contain defects that are detrimental totheir fatigue strength. For this reason, forging and machining are generally used to produce safetycritical aluminum components. Semi-solid molding is a process that can be considered to be halfway between liquid casting and solid forging. In development since the seventies, this process isable to improve the metallurgical quality of cast components. The main advantage of semi-solidmolding (SSM) is a reduction of the shrinkage during solidification since the material is alreadypartially solid. Components produced by SSM normally contain fewer shrinkage cavities thancomponents cast from the liquid state. Moreover, the microstructure of these components isglobular as opposed to components cast in the liquid state that are characterized by a dendriticmicrostructure.Results found in the literature show that rheomolding and thixocasting have both mechanical andeconomical advantages. The elongation at fracture and the fatigue resistance of a materialproduced by SSM are generally higher than those of the same alloy produced by liquid casting ina permanent mold (PM). However, the microstructural parameter influencing the fatigueresistance of SSM components have not yet been identified. The primary objective of this work isto explain the fatigue strength difference between a permanent mold and a rheomolded materialon the basis of the microstructural differences.The experimental work has been carried out using aluminum 357 alloy which was produced insix specimens characterized by different microstructures. This alloy was chosen because it isfrequently used in the industry to produce automotive and aerospace components and because itis 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 showedan increase of the yield strength attributed to rheomolding. However, among the four SSMmaterials, only those for which the eutectic structure was modified had higher elongation atfracture 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 testedall have an elongation at fracture below 10 %. For both shaping process, results show that

Résumé

Le moulage est un procédé de mise en forme qui permet de produire rapidement et à bas prix despièces d'aluminium de géométries complexes. Cependant, les pièces moulées de façonconventionnelle 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 critiquesen aluminium. Le moulage semi-solide est un procédé à mi-chemin entre le moulage liquide et lematriçage. En développement depuis les années soixante-dix, ce procédé permet d'améliorer laqualité 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 moulesest partiellement solide. Les pièces produites par MSS contiennent normalement moins deretassures que les pièces moulées à l'état liquide. De plus, la microstructure de ces pièces estglobulaire ce qui les distingue des pièces moulées à l'état liquide qui possèdent unemicrostructure dendritique.Les résultats issus de la bibliographie montrent que le rhéomoulage et le thixomoulage ont desavantages sur les plans mécanique et économique. L'allongement à la rupture et la résistance enfatigue d'un matériau mise en forme par MSS sont normalement plus grands que ceux du mêmealliage mise en forme par moulage en coquille (MC). Toutefois, le ou les paramètresmicrostructuraux qui influencent la résistance en fatigue des pièces produites par MSS n'ont pasencore été identifié(s). Le but premier de ce travail est donc d'expliquer la différence derésistance en fatigue entre un matériau moulé en coquille et rhéomoulé sur la base de leursdifférences microstructurales.Le travail expérimental a été réalisé sur l'alliage d'aluminium 357 produit en six matériaux demicrostructures différentes. Cet alliage a été choisi puisqu'il est couramment utilisé dansl'industrie pour produire des pièces d'automobiles et d'aéronefs et il se rhéomoule facilement. Deplus, cet alliage a été principalement utilisé pour développer la technologie SEED. D'abord, unequantification des paramètres microstructuraux et des propriétés mécaniques des matériaux a étéeffectuée. Cela a confirmé que les matériaux rhéomoulés ont une microstructure globulaire. Lesrésultats montrent aussi une augmentation de la limite d'élasticité de l'alliage attribuable aurhéomoulage. Toutefois, des quatre matériaux rhéomoulés, seuls ceux ayant subi unemodification de leur structure eutectique ont un allongement à la rupture supérieur à celui des
Department: Department of Mechanical Engineering
Program: Génie mécanique
Academic/Research Directors: Yves Verreman, Frank Ajersch, Dominique Bouchard
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/325/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 04 Oct 2010 15:01
Last Modified: 20 Nov 2022 19:22
Cite in APA 7: Brochu, M. (2010). Comportement en fatigue de l'aluminium 357 coulé par gravité et rhéocoulé. [Ph.D. thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/325/

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