Etude de la coalescence dans les alliages Al-Sc et Al-Zr-Sc par simulation en champ de phase
Résumé
La très grande majorité des matériaux d'intérêt industriel ont un caractère commun générique : ils sont très souvent hétérogènes et/ou constitués de différentes phases. La maîtrise de la microstructure de ces alliages passe par une meilleure compréhension des mécanismes de formation de ces phases et par la modélisation des cinétiques dans des conditions diverses (température, contrainte externe, irradiation…). Les alliages Al-Sc, riches en aluminium, sont très utilisés dans l'industrie en raison leurs propriétés mécaniques. Après homogénéisation à haute température, on observe en effet, l'apparition d'une forte densité de petits précipités cohérents, répartis de façon homogène avec la matrice d'aluminium. Ces précipités ordonnés sont de composition Al 3 Sc et possèdent la structure L1 2. Ils bloquent le mouvement des dislocations ainsi que celui des joints de grains, ce qui durci l'alliage et lui confère un fort pouvoir anti-recristallisant. L'addition de zirconium, en plus du scandium, améliore encore les propriétés mécaniques du matériau. Les précipités obtenus dans cet alliage sont en effet, plus fins et leur distribution est plus dense que dans les alliages Al-Sc. L'origine de ces observations expérimentales est attribuée à la composition chimique hétérogène des précipités qui apparaissent dans l'alliage ternaire. Ces précipités, de structure L1 2 et de composition Al 3 (Zr x Sc 1-x), sont en effet formés, d'un coeur riche en scandium et d'une coquille riche en zirconium. Pour comprendre les phénomènes qui ont lieu dans ces matériaux, il est nécessaire de mettre au point un modèle mathématique capable de décrire les cinétiques de précipitation et de coalescence. La méthode de champ de phase a émergée récemment comme un outil performant pour étudier l'évolution microstructurale dans les alliages. Ce modèle décrit un alliage à l'échelle mésoscopique. Il permet d'appréhender l'évolution de la taille, de la forme et de la distribution des précipités dans le matériau. Le principe de cette méthode est de décrire l'état de la matière à l'aide d'une ou plusieurs variables de champ, conservatives ou non-conservatives. L'évolution temporelle de ces variables est pilotée par la minimisation de l'énergie libre du système. Dans un problème de transformation de phase avec mise en ordre, les variables de champ sont les concentrations des éléments ainsi que les paramètres d'ordre correspondant aux structures étudiées.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)