REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET .Caract©ristiques thermiques ... Diagrammes de phase binaire

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  • REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

    MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR

    ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

    UNIVERSITE FRERES MENTOURI CONSTANTINE

    FACULTE DES SCIENCES EXACTES

    DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

    N dordre : Srie :

    MEMOIRE

    Prsent pour obtenir le diplme de Magister en Physique

    Spcialit : Sciences des Matriaux

    Option : Mtallurgie

    THEME

    Par

    Salah Khelil

    Soutenu le 16/12/2015

    Devant le jury :

    Prsident : Hamamda Smail prof. Univ. Frres Mentouri

    Rapporteur : Boubertakh Abdelhamid prof. Univ. Frres Mentouri

    Examinateur : Bensaha Rabah prof. Univ. Frres Mentouri

    Etude et caractrisation de certains alliages de magnsium

  • REMERCIEMENTS

    Ce travail a t ralis au laboratoire thermodynamique et traitement des

    surfaces des matriaux du dpartement de physique- Facult des Sciences Exactes de

    luniversit Frres Mentouri Constantine.

    Je tiens remercier vivement Monsieur Boubertakh Abdelhamid professeur au

    dpartement de physique Universit Frres Mentouri Constantine, pour mavoir

    accueilli, conseill et encadr tout au long de ce travail de recherche.

    Je tiens remercier monsieur Hamamda Smail professeur au dpartement de

    physique Universit Frres Mentouri Constantine, pour accepter de prsider le jury

    dexamen.

    Je tiens aussi remercier Monsieur Bensaha Rabah professeur au

    dpartement de physique Universit Frres Mentouri Constantine, davoir accept

    dtre membre de jury dexamen.

    Jexprime ma reconnaissance monsieur le directeur du laboratoire de

    mcanique de lUniversit Frres Mentouri Constantine, pour lutilisation du

    microduromtre.

    En fin je tiens remercier tous ceux qui ont contribu de prs ou de loin la

    ralisation de ce travail de recherche et llaboration de ce mmoire.

  • Sommaire Introduction gnrale .. 5 I. Magnsium et ses alliages .............. 6 I.1. Introduction .......................................................................................................................................................................................................................... 6 I.2. Caractristiques physiques . 7 I.3. Caractristiques thermiques . 8 I.4. Caractristiques mcaniques ... 8 I.5. Caractristiques chimiques ... 8 I.5.1. Action de l'air ... 9 I.5.2. Action de l'eau .... 9 I.5.3. Action du gaz carbonique 9 I.5.4. Action des halognes ... 9 I.5.5. Action des mtallodes .. 9 I.5.6. Action de lhmatite .... 10 I.5.7. Action des acides .. 10 I.5.8. Action des bases . 10 I.5.9. Action des sels 10 I.5.10. Action du chlore . 10 I.6. Gisements et production du mtal ... 11 I.7. Les alliages de Magnsium . 11 I.8. Domaines dapplication .. 15 II. Phnomne de prcipitation dans les alliages de Magnsium ..... 17 II.1. Prcipitation dans les alliages de Magnsium . 17 II.1.1 Germination ... 17 II.1.2 Croissance ... 22 II.1.3 Coalescence des prcipits . 22 II.2. Prcipitation continue et discontinue .. ... 22 II.3. Diagrammes de phases de certains alliages de magnsium et leurs squences de ..

    prcipitation 23

    II.4. Diagrammes de phase binaire Mg-Al .. 24 II.5. Diagrammes de phases des deux systmes binaires Mg-Ca et Mg-Zn . 25 II.6. Prcipitation dans les systmes binaires Mg-TR . 30 II.6.1 Prcipitation dans le systme binaire Mg-Nd ... 31 II.6.2 Prcipitation dans le systme binaire Mg-Y .... 33 III. Matriaux tudis et techniques exprimentales........ 39 III.1. Matriaux tudis ... 39 III.2. Mthodes exprimentales .... 40 III.2.1 Microscope optique .. 40 III.2.2 Micro duret .. 40 III.2.3 Diffraction des rayons X .. 42

  • III.2.3.a. Description de lappareil .. 42 III.2.3.b. Principe de la mthode .... 42 III.2.4 Calorimtrie Diffrentielle Balayage ... 43 IV. Rsultats et discussions ................................................................................... 45 IV.1. Etude Mtallographique .. 45 IV.1.1 Alliage de magnsium AZ31 . 45 IV.1.2 Alliage de magnsium Elektron 675 .. 45 IV.1.3 Alliage de magnsium WE 43 46 IV.2. Caractrisation par diffraction des rayons X .. 47 IV.2.1 Alliage de magnsium AZ31 . 47 IV.2.2 Alliage de magnsium Elektron 675 .. 48 IV.2.3 Alliage de magnsium WE 43 49 IV.3. Etude par colorimtrie diffrentielle balayage (DSC). 50 IV.3.1 Alliage de magnsium AZ31 . 50 IV.3.2 Alliage de magnsium Elektron 675 .. 51 IV.3.3 Alliage de magnsium WE 43 52 IV.4. Microduret (Hv) .... 53 IV.4.1 Effet de lhomognisation sur la microduret des alliages tudis 53 IV.4.2 Microduret des alliages tudis . 54 IV.4.2.1 Alliage de magnsium AZ31 trait diffrentes temprature .. 53 IV.4.3 Alliage de magnsium Elektron 675 54 IV.4.3.1 Alliage de magnsium Elektron trait diffrentes temprature . 54 IV.4.3.2 Alliage de magnsium Elektron vieilli artificiellement 175C 55 IV.4.3.3 Alliage de magnsium Elektron vieilli artificiellement 200C 56 IV.4.4 Alliage de magnsium WE 43 57 IV.4.4.1 Alliage de magnsium WE43 trait diffrentes temprature .. 57 IV.4.4.2 Alliage de magnsium WE43 vieilli artificiellement 175C . 58 IV.4.4.3 Alliage de magnsium WE43 vieilli artificiellement 200C . 59 IV.4.5 Comparaison des rsultats de microduret pour les trois alliages . 60 IV.4.5.1 Comparaison des rsultats de microduret pour le vieillissement artificiel 175C . 60 IV.4.5.2 Comparaison des rsultats de microduret pour le vieillissement artificiel 200C . 61 IV.4.5.3 Comparaison de lvolution de la microduret des trois alliages tudis en

    fonction de la temprature 62

    Conclusion gnrale .... 63 Rfrence .. 65

  • Introduction gnrale

    5

    Introduction gnrale

    Le magnsium est llment le plus lger des mtaux utiliss comme alliage de structure. Ces

    alliages sont caractriss par une faible densit et des proprits mcaniques amliors.

    Principalement pour ces raisons, les alliages de magnsium sont utiliss dans les industries

    automobile et aronautique. Les alliages de magnsium commerciaux les plus couramment utiliss

    pour des applications dans lindustrie sont les alliages Mg-Al-Zn et Mg-Al-Mn en raison de leur haute

    rsistance dlongation, grande tnacit, et dexcellentes possibilits de fabrication, y comprit

    coulabilit et usinabilit. En outre, les alliages Mg-Al sont galement utiliss pour leur capacit

    doffrir une meilleure rsistance au fluage. Les inconvnients de ces alliages, ils prsentent de

    pauvres proprits dans le domaine de hautes tempratures avec une forte ractivit. Pour les

    applications hautes tempratures, les alliages Mg-Zr avec addition dyttrium sont beaucoup utiliss.

    Cependant, les alliages contenant lyttrium sont couteux en raison des difficults rencontres lors de

    la coule, Le besoin de remplacement de cet alliage qui prsentent des proprits similaire ceux

    des alliages Mg-Y par un autre alliage moins couteux reste toujours un objectif. Les alliages Mg-Nd-

    Gd-Zr, qui sont caractriss par une rsistance leve et bonne rsistance au fluage, sont utiliss

    surtout dans les industries automobile et aronautique. Les lments de terre rares ont un effet

    bnfique sur les proprits de fluage, la stabilit thermique de structure et les proprits

    mcaniques des alliages de magnsium.

    Notre travail soccupe de ltude et la caractrisation de trois alliages de magnsium en vue

    dobtenir des rsultats encourageants concernant les proprits mcaniques de ces derniers.

    Le prsent travail comporte une Introduction gnrale et quatre chapitres suivi dune

    conclusion.

    - Le premier chapitre sintresse des notions gnrales sur les alliages de magnsium et leurs

    domaines dapplications.

    - Le second chapitre prsente des rappels sur le mcanisme de prcipitation partir dune solution

    solide sursature, suivi dune tude sur la prcipitation dans des alliages de magnsium tels que les

    alliages binaires Mg-Al, Mg-Zn, Mg-Ca, Mg-Zr, Mg-Nd et Mg-y.

    - Le troisime chapitre est consacr aux alliages tudies et les techniques exprimentales utilises

    pour la ralisation du prsent travail de recherche.

    - Le dernier chapitre prsente les rsultats exprimentaux obtenus par les diffrentes techniques de

    caractrisations avec leurs interprtations.

  • Chapitre I :

    Magnsium et ses alliages

  • Chapitre I : Magnsium et ses alliages

    6

    I. Magnsium et ses alliages

    I.1. Introduction

    Le magnsium (Mg) est un lment chimique mtal alcalino-terreux [1, 2] de numro atomique

    gale 12. Il est class aprs laluminium, le fer, le calcium et le sodium. Il occupe la huitime place

    du point de vu abondance de la crote terrestre [3]. Il existe dans la nature sous forme de sels dans la

    mer ou sous forme de saumure et de minraux sur terre et roches. Sa structure cristalline est

    hexagonale de paramtres de mille a=3,21 et c=5,21 .

    Figure I.1 : Maille hexagonale de magnsium

    Le nom magnsium provient du nom grec d'un district de Thessalie appel Magnesia [4]. En

    1755, Joseph Black reconnut le magnsium comme un lment chimique. Au dbut du 19 sicle, le

    chimiste Sil' Humphry Davy le premier souponna dans la magnsie blanche nouveau mtal, qu'il appela