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Coll` ege doctoral N◦attribu´ e par la biblioth` eque / / / / / / / / / / / THE

Coll` ege doctoral N◦attribu´ e par la biblioth` eque / / / / / / / / / / / THESE pour obtenir le grade de Docteur de l’Ecole Nationale Sup´ erieure des Mines de Paris Sp´ ecialit´ e Sciences et G´ enie des Mat´ eriaux par Bruno BARLAS pr´ esent´ ee et soutenue publiquement le 5 f´ evrier 2004 Etude du comportement et de l’endommagement en fatigue d’alliages d’aluminium de fonderie Directeurs de th` ese : Georges CAILLETAUD Michel CLAVEL Jury M. Y. BRECHET Pr´ esident INP Grenoble M. E. ANDRIEU Rapporteur Ecole des Arts chimiques et technologiques de Toulouse Mme. E. GAUTIER Rapporteur Ecole des Mines de Nancy M. G. CAILLETAUD Examinateur Ecole des Mines de Paris M. M. CLAVEL Examinateur Ecole Centrale de Paris M. I. GUILLOT Examinateur Universit´ e de Paris 12 - Val de Marne M. D. MASSINON Invit´ e Soci´ et´ e Montupet M. G. MORIN Invit´ e Soci´ et´ e Renault Centre des Mat´ eriaux P.M. FOURT de l’Ecole des Mines de Paris, B.P. 87, 91003 EVRY Cedex —————————– Remerciements Cette ´ etude s’est d´ eroul´ ee principalement au Centre des Mat´ eriaux de l’Ecole des Mines de Paris, dirig´ e par Monsieur Jean Pierre Trottier que je remercie de m’avoir accueilli dans son ´ etablissement. Lors de mes diverses collaborations, j’ai ´ et´ e aid´ e par de nombreuses personnes, j’esp` ere n’en oublier aucune. Je remercie bien sˆ ur Georges Cailletaud en premier lieu pour tout ce qu’il m’a appris pendant ces quatre ann´ ees pass´ ees au sein de l’´ equipe CoCaS, pour les s´ eances de travail nocturnes toujours drˆ oles et enrichissantes que nous avons eues, ainsi que pour la conﬁance qu’il m’a accord´ ee. Merci ´ egalement ` a Michel Clavel, pour nos discussions toujours tr` es constructives, ` a Ivan Guillot pour son encadrement technique de qualit´ e et pour tous les moments sympathiques pass´ es ensemble et aux responsables industriels de cette ´ etude, Denis Massinon, Guillaume Morin et Eric Nicouleau qui m’ont donn´ e de nombreuses informations pr´ ecieuses concernant l’automobile en g´ en´ eral, les culasses et les mat´ eriaux en particulier, ainsi que pour leur support technique et ﬁnancier. Merci ` a Yves Br´ echet d’avoir pr´ esid´ e le jury de mani` ere enthousiaste, ` a Elizabeth Gautier d’avoir rapport´ e cette th` ese et de m’avoir permis de collaborer eﬃcacement avec Micka¨ el Ser- ri` ere, que je remercie ´ egalement, ainsi qu’Eric Andrieu qui m’a fait conﬁance il y a quelques ann´ ees et a suivi jusqu’au bout cette exp´ erience en devenant rapporteur. Parmi mes collaborateurs du CDM, je tiens ` a remercier Andr´ e Pineau qui a accept´ e de me prˆ eter les machines aussi souvent que j’en ai eu besoin ainsi que pour les discussions tr` es enrichissantes que nous avons ´ echang´ ees. Merci ´ egalement aux nombreuses personnes de la salle calcul que j’ai souvent sollicit´ ees : Val´ erie Mounoury, Farida Azzouz, Fran¸ coise Di Rienzo et Gr´ egory Sainte-Luce, ainsi qu’` a St´ ephane Quilici qui m’a souvent sorti de situa- tions compliqu´ ees. Merci aussi aux techniciens qui m’ont beaucoup aid´ e : Ren´ e Locicero pour les machines de fatigue oligocyclique, G´ erard Brabant pour la conception du four de la 3 barres, Julie Heurtel pour les fractographies, ainsi qu’aux amis de l’atelier. Merci ´ egalement aux th´ esards : Franck Alexandre pour la fatigue et les d´ elires, Sylvain Flouriot et Andre¨ ı Musienko pour le num´ erique, Thomas Dick et Rapha¨ el Salap` ete pour leur aide sur le mod` ele 3 barres. Enﬁn, merci aux personnes du service administratif. Parmi ceux de l’UTC, merci ` a Delavand Ovono-Ovono, qui m’a souvent aid´ e, toujours dans la bonne humeur, aux techniciens JP et G´ erard pour leurs comp´ etences, et aux stagiaires : Ludivine Aube, Marion Fleury et Chlotilde Grimault qui ont bien fait avancer certains as- pects du probl` eme. Je voudrais remercier aussi Liliana Blaj qui m’a tr´ es gentillement accueilli lors de mon s´ ejour en Roumanie, ` a l’Universit´ e Polytechnique de Timisoara, dans son laboratoire de R´ e- sistance des Mat´ eriaux, ainsi que tous mes amis Roumains. Enﬁn, je tiens ` a remercier ma famille pour son soutien et tout particuli` erement ma m` ere qui a toujours ´ et´ e de bons conseils et a fait tout ce qu’il fallait pour me mettre sur les rails, ainsi qu’Anne-C´ ecile pour son aide, son soutien et sa patience, surtout vers la ﬁn. A mon p` ere... Table des mati` eres Introduction v I I Etude bibliographique 1 I.1 G´ en´ eralit´ es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 I.1.1 Propri´ et´ es de l’aluminium pur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 I.1.2 Structure des alliages de fonderie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 I.1.3 Les alliages d’aluminium de fonderie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 I.1.4 Inﬂuence des impuret´ es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 I.1.5 Applications des alliages de fonderie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 I.2 Les traitements thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 I.2.1 G´ en´ eralit´ es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 I.2.2 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 I.2.3 Couplage avec d’autres techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 I.3 La porosit´ e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 I.3.1 G´ en´ eralit´ es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 I.3.2 Diﬀ´ erence entre retrait de solidiﬁcation et pore dˆ u ` a l’hydrog` ene . . . 12 I.4 Durcissement par pr´ ecipitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 I.4.1 Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 I.4.2 Germination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 I.4.3 Diﬀusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 I.4.4 Interm´ etalliques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 I.5 Les diverses phases durcissantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 I.6 Les alliages au cuivre, exemple de l’AS7U3G T5 . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 I.6.1 Microstructure du mat´ eriau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 I.6.2 Traitement thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 I.6.3 Propri´ et´ es physiques et m´ ecaniques . . . . uploads/Geographie/ these-fatigue-culasse-barlas 1 .pdf