Reactivity and mechanical properties of interfaces between Al-Si alloy and Fe or Ti reinforcement

Réactivité et propriétés mécaniques des interfaces entre un alliage Al-Si et un renfort Fe ou Ti

Miao Zhe (1)

1 LMI - Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces

The objective of this work is to establish the relationships between interface chemistry and mechanical properties in bimetallic assemblies. It proves that the mechanisms which control the development of an interface between Al-Si alloy and titanium or ferrous reinforcement have a major influence on the mechanical properties of this interface. The mechanical characterization of these interfaces is performed by a 4-point bending test on the bimetallic plates elaborated by hot dip aluminizing on which a stiffener is joined by bonding or overmolding. The chemistry evolution of the interfacial reaction zone is induced by a heat treatment at 535 °C at different reaction times. The characterization of reaction zones and the crack paths is performed by X-ray diffraction and electron probe microanalysis. Before heat treatment, the analysis of mechanical tests performed on Fe/A-S7G03 interfaces leads to a value for the energy release rate of 23 J/m2 which corresponds to a crack propagation in the η- Al5Fe2 (Si) phase. As regards the Ti/A-S7G03 interfaces, their strength did not allow a crack propagation under the test conditions. After a heat treatment at 535°C, the Fe/A-S7G03 interfaces are weakened by the growth mechanism of interfacial reaction layer which leads to the appearance of Kirkendall voids within it. Conversely, in the case of Ti/A-S7G03 interfaces, the heat treatment is not associated with any weakening of the interfacial zone because of a different growth mechanism.

L’objectif de ce travail est d’établir des relations entre chimie d’interface et propriétés mécaniques dans les assemblages bimétalliques. Il met en évidence que les mécanismes qui contrôlent le développement d’une interface entre alliage Al-Si et renfort ferreux ou titane ont une influence majeure sur les propriétés mécaniques de cette interface. La caractérisation mécanique des interfaces est réalisée par un test de flexion 4 points sur des lames bimétallique élaborées par aluminiage au trempé sur lesquelles un raidisseur est rapporté par collage ou surmoulage. L’évolution de la chimie de la zone de réaction interfaciale est provoquée par un traitement thermique à 535°C à différents temps. La caractérisation des zones de réaction ainsi que des chemins de fissuration est réalisée par diffraction des rayons X et microsonde électronique. Pour les interfaces Fe/A-S7G03 brutes d’élaboration, avant traitement thermique, l’analyse des essais mécaniques conduit à l’obtention d’une valeur du taux de restitution d’énergie de 23 J/m2 qui correspond à la propagation d’une fissure dans la phase η−Al5Fe2(Si). En ce qui concerne les interfaces Ti/A-S7G03, leur force n’a pas permis la propagation d’une fissure dans les conditions de l’essai. A la suite d’un traitement thermique à 535°C, les interfaces Fe/A-S7G03 sont fragilisées par le mécanisme de croissance de la couche de réaction interfaciale qui conduit à l’apparition de porosités Kirkendall en son sein. A l’inverse, dans le cas des interfaces Ti/A-S7G03, aucun affaiblissement de l’interface n’est associé au traitement thermique en raison d’un mécanisme de croissance différent.

Mots clés: Bimetallic assembly; Al- Si alloy; 4-point bending test; Energy release rate; Heat treatment;; Thermodynamics; Reactivity; Interface

Mots clés: Assemblage bimétallique; Alliage Al-Si; Flexion 4 points; Taux de restitution d’énergie; Traitement thermique; Thermodynamique; Réactivité; Interface

Domaines: Alimentation et Nutrition

Miao Zhe. Réactivité et propriétés mécaniques des interfaces entre un alliage Al-Si et un renfort Fe ou Ti. Alimentation et Nutrition. Université Claude Bernard - Lyon I, 2011. Français. ⟨NNT : 2011LYO10079⟩. ⟨tel-00648832⟩