Métallurgie
Amélioration des propriétés de surface d'un acier a outils de travail à chaud par des traitements thermiques et thermochimiques (Cémentation)
Les effets des traitements thermiques classiques (trempe et revenu) et du traitement thermochimique (cémentation à gaz par exemple) sur les caractéristiques mécaniques d’un acier à outil industriel de travail à chaud, proche de AISI-H11/H13 sont étudiées. La différence dans la composition chimique réside dans les éléments : carbone, silicium et vanadium. L'objectif des traitements thermiques est d'obtenir un outil efficace et performant en termes de dureté, de résistance à l'usure et de résistance au choc. Les résultats expérimentaux des traitements thermiques préconisés fournissent une compréhension explicite des propriétés de surface principalement par rapport à la composition chimique et les paramètres optimaux de traitements. Après austénitisation à 1050 °C pendant 15 min, l'acier trempé à l’huile révèle une structure entièrement martensitique liée à une petite fraction d'austénite résiduelle et des carbures complexes de type M23C6. Un double revenu à 500 et 600 °C contribue au phénomène de durcissement secondaire. Le pourcentage de carbures augmente de 2 à 3% tandis que la fraction volumique de l’austénite résiduelle diminue jusqu’à 0%. En conséquence, les propriétés mécaniques requises en termes de dureté et de résistance à l’usure sont atteintes pour une durée de vie définie. Pour le processus de cémentation, les résultats globaux sont liés aux (i) couches formées qui sont caractérisées par leurs propriétés de base telles que l'épaisseur, la profondeur, les phases formées, la dureté et la résistance à l'usure, (ii) microstructures et aux mécanismes de diffusion qui montrent une dépendance étroite entre le temps de traitement et la composition chimique du matériau. Les résultats relatifs aux différents temps de traitement indiquent que la fraction volumique de l’austénite résiduelle diminue de façon drastique avec l’augmentation du temps de traitement. Par ailleurs, les résultats relatifs aux essais montrent une amélioration significative de la résistance à l'usure pour les échantillons qui présentent la fraction volumique d’austénite résiduelle la plus élevée malgré leur bas niveau de dureté. En outre, la productivité des pièces se voit largement améliorée lorsque le traitement suggéré est utilisé. La caractérisation métallurgique est effectuée par le biais de techniques métallographiques, de la microscopie optique (MO) et électronique à balayage (MEB) équipé d'un spectromètre à dispersion d'énergie X-Ray (EDS) et les techniques de diffraction des rayons X. Les propriétés mécaniques sont déterminées principalement par les essais de dureté et d’usure abrasive. Voir les détails
Mots clés : traitements thermiques, cémentation, Austénite résiduelle, carbures, usure abrasive
Élaboration des monocristaux « étude et conception du four, élaboration et caractérisation du matériau »
Dans le cadre de ce travail, nous avons élaboré des monocristaux à base d’Aluminium pur par différentes méthodes. Une germination et croissance dans l’état solide induite par Déformation et Recuit. Une monocristallisation à partir de la phase liquide (BRIDGMAN modifiée et CZOCHRALSKI). Ces deux dernières méthodes ont nécessité la conception d’un four à gradient thermique constitué de deux zones, et un mécanisme de déplacement à vitesse lente du creuset le long de l’axe du four. La méthode Déformation-Recuit a permis d’élaborer des germes servant à l’initiation de la monocristallisation dans la méthode de BRIDGMAN modifiée. Cette dernière reste très pratique car elle permet d’élaborer des monocristaux avec orientation prédéfinie. Celle de CZOCHRALSKI reste aléatoire et avec un taux de réussite moindre. Voir les détails
Mots clés : élaboration des monocristaux, CZOCHRALSKI, BRIDGMAN, germination
Contribution à la modélisation des mécanismes de fluage-corrosion a haute température. Cas des superalliages à base de nickel riche en cobalt
Afin d'améliorer les performances des turbines à gaz, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de détérioration qui ont lieu pendant leur utilisation. Certaines pièces mécaniques constituant les turbines, telles que les aubes, sont soumises à de sévères sollicitations thermomécaniques dans un environnement corrosif. Cessollicitations conduisent à des endommagements de type fatigue thermomécanique, fluage et oxydo-corrosionqu'il importe de maîtriser afin de garantir la tenue en service. Cette thèse vise à apporter une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans le fonctionnement des aubes de turbines à gaz. Les matériaux utilisés pour la fabrication de ces composants critiques sont des superalliages à base nickel.La partie expérimentale comporte la caractérisation du matériau de l’étude (aube turbine dont la provenance est du sud algérien In Amenas); du point de vue structural, microstructural (métallographie, microscopie électronique à balayage et en transmission) et mécanique (dureté Vickers) et l’effet d’un traitement thermique sur sa structure.Nous nous sommes intéressés à développer un modèle simple qui représente l'évolution de la vitesse de fluage stationnaire avec la contrainte et la température. Enfin nous avons abordé l’étude le comportement du matériau vis-à-vis de l’oxydation. Voir les détails
Mots clés : superalliage à base de nickel, aube de turbine, fluage, corrosion, haute température
Caractérisation morphologique et mécanique du polyéthylène semi-cristallin extrude
L’objectif de ce travail est d’étudier la cinétique d’oxydation du phénol par la tyrosinase (EC : 1.14.18.1) libre et immobilisée dans du gel d’alginate de calcium. La tyrosinase est extraite à partir du champignon Paris (Agaricus bisporus), et son activité enzymatique est mesurée par spectrophotométrie à 400 nm en présence du phénol comme substrat. L’enzyme libre est relativement stable pendant 20 jours de stockage à -15°C. Une étude des différents paramètres opératoires sur les cinétiques d’oxydation du phénol par les deux systèmes enzymatiques a été faite. La constante de Michaelis-Menten (Km) pour l’enzyme immobilisée (1,3 mM) est environ deux fois plus élevée par rapport à celle de l’enzyme libre (0,6 mM). Par contre, la vitesse maximale (Vmax) est 30-fois moins élevée. Le pH et la température optimaux sont déplacés de 7,6 à 5, 6 et de 45 à 550 C, pour la tyrosinase libre et la tyrosinase immobilisée, respectivement. L’enzyme immobilisée semble être plus thermostable et son activité est maximale pour des billes d’alginate d’un diamètre de 3,4 mm. Voir les détails
Mots clés : tube PEHD, cristallinité, extrusion, calibration MEBE, DRX
Influence des éléments carburigènes sur la microstructure et le comportement à l’usure des fontes blanches au chrome alliées
Au cours de ces dernières années, s’est beaucoup accru l’intérêt provoqué par les alliages Fe-C-Cr. Toutefois, et en dépit de l’abondante documentation qui leur a été consacrée dans notre plan théorique et sur le terrain même de leur application « à savoir l’usure ». La plupart des pièces coulées dans ces alliages doivent impérativement résister à l’usure par frottement et abrasion. Ces deux domaines particuliers ont vu, néanmoins, se réaliser de grands progrès dans la connaissance de ces alliages (nuances à 15 % Cr), et c’est à partir des travaux [1], que les chercheurs de tous pays se sont intéressés par ces problèmes.Dans cette étude, nous avons testé plusieurs alliages à base d’une fonte au moyen chrome utilisée pour la fabrication des pièces travaillant à l’usure. Le but de ce travail est d’allier la fonte de base avec un groupe d’éléments carburigènes (Mo, Ti, Nb, Mn et V). Au début, l’addition s’est faite avec un seul élément, puis deux, trois et enfin quatre dans l’optique d’optimiser une composition chimique d’une fonte au chrome alliée possédant de hautes résistances à l’usure par abrasion et par frottement.L’introduction de ces éléments a faiblement influencé la nature de la structure, mais a permis la formation d’eutectique carburigène complexe. L’addition des différents éléments considérés dans la fonte étudiée a permis une amélioration très remarquée de la dureté à l’état brut de coulée comme à l’état traité. Cette élévation de dureté est très sensible surtout pour l’état brut de coulée où cette propriété a été augmentée de 61 HB à 237 HB. Celle-ci est surtout remarquable par l’action du molybdène. Par contre, après traitement thermique, l’amélioration de la dureté se situe entre 60 HB et 115 HB. L’élément ayant influencé le plus cette caractéristique est le titane mais à partir de 1.5 %. Le manganèse introduit à 0.5 % dans la fonte a agi aussi efficacement que dans le cas de l’addition de deux, trois ou quatre éléments à l’état traité. Lors de l’essai d’usure par broyage, il ressort que l’addition de 0.5 % (Mo-Mn) a donné la meilleure résistance à l’usure par abrasion parmi toutes les fontes testées. Par contre pour l’essai d’usure par frottement, nous avons obtenu la meilleure résistance avec trois couples d’élément d’alliage introduits à 0.5 %, à savoir (V-Nb), (Mn-V) ou (Mo-V). Ces deux propriétés sont considérées à l’état traité, et le traitement thermique employé est le même que celui appliqué à la fonte produite à la fonderie de Tiaret.Nous avons montré par cette étude l’importance d’allier une fonte avec plusieurs éléments, puisque cette opération a permis d’élever la propriété principale (résistance à l’usure) en moyenne de cinq fois. Voir les détails
Mots clés : fontes blanches au chrome alliées, microstructure, comportement à l’usure, éléments carburigènes
Étude de l’influence de la composition chimique sur la formation de la structure et la tenue a l’usure des fontes au chrome
Les fontes au chrome constituent une classe spéciale de matériaux. Elles sont très sollicitées dans les domaines d’usure. Les propriétés d’emploi de ces matériaux dépendent beaucoup des composants microstructuraux qui les composent. Ces derniers sont assurés par l’addition d’éléments d’alliages à caractère carburigène qui orientent la solidification vers la formation d’une structure bien définie. L’influence est saisie par la nature des phases microstructurales formées et sur le comportement à l’usure. Le type d’éléments d’alliages conditionne la composition chimique et de ce fait permet la formation d’une matrice austénitique ou martensitique et d’une phase carbure (primaire, eutectique et secondaire) strictement dépendante du type d’éléments d’addition. Les carbures diffèrent eux aussi du type d’éléments d’alliage, du fait qu’ils soient fortement ou faiblement carburigène. On rencontre des carbures du type MC, M2C, M3C, M6C, M7C3, M23C6. Le présent travail porte sur l’influence de la composition chimique sur la formation de la structure et le comportement à l’usure des fontes au chrome. Le manganèse, le molybdène, le vanadium, le titane et le niobium ont été ajouté à une fonte au à haute teneur en chrome. La variation de la teneur en manganèse a remarquablement influencé la solidification des fontes étudiées. Cette influence a été saisie en premier sur la microstructure où des phases bien définies se sont manifestées sur les micrographies optique et MEB. Une variation de la morphologie et des dimensions des carbures secondaires a été nettement remarquée. La diffraction X a aussi révélé la nature des phases formées et aussi éclairé à l’échelle cristallographique l’influence du manganèse sur la nature et les propriétés des phases formées. La combinaison des éléments d’alliage a aussi été investiguée et a montré un effet remarquable sur le type de structure formé et aussi sur le comportement à l’usure. Les caractérisation par DSC ont appuyé les résultats obtenus et ont montré l’effet de la composition chimique sur le comportement thermique des échantillons de fonte étudiés. Voir les détails
Mots clés : fonte au chrome, éléments d’alliage, microstructure, carbures, usure
Étude du soudage TIG et laser Nd-YAG de l’alliage d’aluminium 2024 T3
Le soudage des alliages d’aluminium présente un intérêt particulier dans le cadre de son application dans diverses industries automobile aéronautique et autres .L’application du soudage permettrait en effet un gain de poids associé à une réduction de coûts intéressante. Ce travail, Consistera à évaluer, dans le domaine de soudabilité opératoire, l’influence des paramètres de soudage TIG et LASER Nd-YAG sur les caractéristiques de la soudure. Les évolutions des caractéristiques mécaniques et microstructurales au travers du joint seront déterminées et reliées aux cycles thermiques du soudage engendré par le procédé TIG. Voir les détails
Mots clés : soudage-procédé TIG, Laser Nd-YAG, Aluminium, cycles thermiques, caractérisation
Élaboration de membrane de nano-filtration sur un support composite carbone/zéolite
Dans le domaine des techniques séparatives membranaires, la membrane qui est responsable de séparation sélective est une barrière microporeuse. Les principaux impératifs auxquels ces membranes doivent répondre concernent la sélectivité, la perméabilité, la tenue mécanique, la durée de vie et le coût. Ces matériaux microporeux et ultra-poreux (0,01µm à 10 µm) sont élaborés en utilisant divers procédés. Dans cette optique les membranes minérales qui sont constituées de couches microporeuses offrent de vastes possibilités d’applications en raison des nombreux avantages qu’elles réunissent par exemple : l’insensibilité aux gradients de température, à la dégradation par solvant, l’utilisation dans une large gamme de pH et aussi une excellente durée de vie. De plus, leur structure cristalline inorganique leur confère une bonne résistance mécanique aussi bien que thermique et une bonne stabilité chimique. Dans un premier temps, le but est d’obtenir un solide macroporeux avec une distribution homogène de la taille des pores. Pour un bon support la taille des pores doit être située entre 1 et 10 µm, pour cela une optimisation de plusieurs paramètres dans la pâte (la température finale de carbonisation, l’agent poreux, la concentration de l’agent poreux et la granulométrie) va nous permettre de choisir le support tubulaire adéquat pour déposer la membrane qui servira à effectuer les essais de nano-filtration. Voir les détails
Mots clés : membranes, membrane industrielle, membrane de zéolite, nano-filtartion
Caractérisation des produits d’aluminisation obtenus, par immersion dans un bain liquide ; protection contre la corrosion.
This work presents the results of a research on the aluminization of alloy (Cr, Mo). The aim intend doesn't a direct a direct protection of the material but the contribution of a noble element in order to form an intermetallic of better properties, or the later formation of an Al2O3 oxide as protective coat against the corrosion work time.This study justifies an view industrial point (aeronautics, oil-bearing, etc...) especially because of the constant temperature increase of metal work and severe environmental conditions.Our main concern consists of studying certain parameter influencing on the composition and on resistance of the deposit (in high activity), as: - The initial surface state on the adhesion of the deposit. - Holding time on the kinetics of layer growth obtained.We showed that the resistance of the deposit is affected by several parameters: - The roughness of surface of the coating, - The inter-diffusion substrate/coating, - The microstructural modifications during the coating.The obtained results by roughness measures put in relief the initial state of the material and the morphology of surfaces in dedendum and addendum. This type of morphologies governs the process of matter transportation. What has been confirmed by the EDS analysis which clearly show a repartition and grading of the present elements in the alloy and that the coating is composed of alloying elements which the composition is variable in particular iron and chromium. The EDS analyses confirm the discontinuity of these elements to interface metal/oxide. According to the type of interface (regular or irregular) their elimination is achieved by diffusion. What confirms the determining role of interface. The mechanism and these phenomena are extensively justified by hardness relationship curves realized on the samples transverse cuts. This chemical property by EDS is in accordance with RX diffraction results.The time affects the formation kinetics of the first phase at the first instants of immersion but not on the layer thickness evolution, what has been demonstrated after 15 minutes of holding. The time affects the growth kinetics of diffusion layers and properties of these layers.For lower immersion times, the layers are continuous and more compacts. Which is in very good interrelationships with optical microscope results. The coating is constituted of many alloying elements where the composition is variable according to the layer thickness. The combination of these elements forms some phases as oxides, intermetallics with reference to the bibliography and the alloy Fe-Al diagram. these phases could be respectively FeAl3, Fe2Al5, FeAl2, Fe2Al3, FeAl, Fe3Al and aluminum oxides. Voir les détails
Mots clés : Alliage Fe (Cr, Mo) ; Aluminisation ; Rugosité ; Etat de surface ; Interface ; Dépôt ; Microstructure ; Résistance à l’oxydation à chaud.
Synthèse et Caractérisation d’une PoudreThermo protectrice à 1600 °C
Les travaux qui font l’objet de ce mémoire rentrent dans le cadre d’un projet global de synthétisation et caractérisation d’une poudre thermo protectrice à base de matière première assez abondante en Algérie et dénommée « Diatomite ou kieselguhr». Cette poudre entre dans l’isolation thermique des poches et tundish d’aciers. Elle est fabriquée à partir de diatomite et sable. L’analyse granulométrique réalisée sur une tamiseuse à dépression d’air, a montré que pour la diatomite environ 93 % des grains ont une taille moyenne de 125 microns, tandis que pour le sable, environ 44 % des grains ont une taille comprise entre 125 et 200 microns. L’analyse minéralogique réalisée sur un diffractomètre SIEMENS D500, a montré une structure amorphe pour la diatomite et cristalline pour le sable. Lors de l’observation sur MEB, il apparait clairement une microstructure poreuse en forme de nid d’abeille pour la diatomite et de densité apparente de 400 kg/m3 contre 1613 kg/m3 pour le sable. La porosité de la diatomite est assez importante. Elle est de 80 contre 35 pour le sable. L’analyse thermique réalisée sur un NETSCH 409 avec DSC et ATG couplées (Analyse enthalpique différentielle et thermogravimétrique) a montré une perte de masse importante pour la diatomite de l’ordre de 21.6 % contre 6.24 % pour le sable. Voir les détails
Mots clés : diatomite, characterization, DSC, ATG, thermal insulation