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Les mécanismes responsables de la fragilisation d'alliages de cuivre au plomb dits de décolletage sont examinés par le biais de leur caractérisation mécanique et microstructurale. Des essais de traction ont été menés à des taux de déformation allant de 10-4 à 10 s-1,entre la température ambiante et 800 °C, sur des échantillons de cuivre pur et d'alliage industriel à base de Cu-Ni-Sn, chacun contenant ou non du plomb. Il est démontré que l'effet fragilisant du plomb aux températures intermédiaires (i.e.aux environs de la température de fusion du plomb) est dû au mécanisme de fragilisation par les métaux liquides ainsi qu'à la ségrégation intergranulaire. L'importance relative de ces deux mécanismes dépend principalement du taux de déformation: aux fortes vitesses (10 s-1), la rupture se produit selon le premier mécanisme, alors que le s...
Ce travail contribue à la compréhension fondamentale des propriétés en rupture des matériaux composites à matrice métallique (CMMs) renforcés par des particules céramiques, en identifiant les principaux paramètres microstructuraux contrôlant la ténacité de ces matériaux. Dans cette optique, des CMMs à haute fraction volumique de renforts particulaires (40-60% vol.) sont fabriqués par infiltration sous haute pression de gaz. Ces composites sont considérés comme des matériaux bi-phasés fragile/ductile "modèles", dans le sens que (i): les particules sont distribuées de manière homogène dans la matrice, (ii): cette dernière présente une microstructure simple et (iii): les composites sont exempts de défauts d'élaboration. Les renforts utilisés sont des particules céramiques d'alumine (Al2O3) de formes diverses (angulaires et polygonales) et...
Le thème de cette thèse est l'étude du procédé de fabrication et des propriétés de matériaux microcellulaires à base d'aluminium produits par une technique de réplication. Ce travail comprend le développement d'un procédé d'infiltration pour la production de composants métallique poreux, la caractérisation structurale de ces mousses, la mesure de leur perméabilité aux fluides et l'évaluation de leur comportement mécanique en déformation uniaxiale ainsi que la compréhension des mécanismes gouvernant ces propriétés. Des particules de sel (NaCl) de taille et de forme contrôlée sont compactées de manière à obtenir une préforme à porosité ouverte qui est infiltrée avec de l'aluminium liquide. Après solidification du métal, le sel est dissout dans l'eau. Le résultat est une mousse d'aluminium à porosité ouverte dont la structure réplique en ...
Particle reinforced metal matrix composites are manufactured by high-pressure infiltration. These composites contain roughly 50% by volume of discrete alumina inclusions dispersed homogeneously in a continuous aluminium-based matrix. Three matrices, namely pure Al, Al-2%wtCu and Al-4.5%wtCu are compared. Two reinforcement types, namely angular (or irregular) and polygonal (or equiaxed) Al2O3 particles of different sizes (5 to 60 µm for angular, and 5 to 25 µm for polygonal alumina), are used. These materials are tested under uniaxial tensile loading, recording stress and strain. The evolution of Young's modulus using periodic unload/reload cycles, and several mechanical properties are measured. The development of internal damage is studied qualitatively using metallography, and quantified using the measured evolution of the Young's mod...
This thesis is focused on the properties of microcellular aluminium, produced by replication processing, at the micro, meso and macrostructural level. The replication process is based on the infiltration of a porous sodium chloride (NaCl) perform with molten aluminium. Once the metal is solidified, the resulting composite can be conventionally machined to its final shape. Subsequently leaching away the NaCl in water leads to an open-pore aluminium foam or "sponge", the void size and shape of which can be controlled with wider latitude than in other metal foam production processes. In a first part, the microstructure (i.e. the microstructure of the metal making the foam) of Al-4.5%Cu replicated foams is studied and its influence to the mechanical properties is investigated. These foams solidify following the rules developed for Metal Ma...
This thesis addresses the link between capillarity parameters, i.e. surface tension and contact angle, and the infiltration of porous preforms with molten metal by pressure infiltration The method used is to conduct pressure infiltration experiments of selected preforms with molten aluminum or copper based alloys, and characterize the level and, where relevant, kinetics of metal ingress into the preforms. Several systems are investigated in turn, comprising chemically inert and reactive systems. Capillarity in the infiltration of alumina particulate preforms with copper are investigated by means of infiltration experiments conducted at 1200°C under argon with a low oxygen partial pressure, characteristic of equilibrium with carbon at that temperature. The experiments were run in a gas pressure driven liquid metal infiltration apparatus...
This study contributes to our understanding of the damage evolution and fracture behaviour of two-phase materials that combine brittle particles with a ductile matrix. We focus on model composites roughly half-ceramic/half-metal that are produced in-house by infiltrating ceramic powder beds with liquid pure aluminium or aluminium alloy. Like many other materials, these composites exhibit two modes of tensile failure; they fail either by tensile instability, or alternatively they break prematurely, in a brittle fashion. A micromechanical model is established that links damage build-up and composite fracture. This analytical model predicts the tensile curve and the strength of particulate composites that undergo damage in the form of statistical particle fracture. Similarly to models for continuous-fibre reinforced composites, two extrem...
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