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métallographiques

Nomenclature

La série AA 7xx désigne la catégorie des aluminiums de fonderie alliés avec l’ajout de zinc, de cuivre et de magnésium. D’autres éléments comme le manganèse, le fer, le vanadium ou le zirconium apportent des caractéristiques spécifiques. Le AA 713.0 est une désignation normée par l’Aluminium Association. Le « .0 » indique la forme du produit, soit une pièce coulée (alors que « .1 » serait un lingot). L’alliage AA 713 est l’ancien « Tenzaloy », qui portait la désignation 613.0.  D’autres désignations équivalentes sont ASTM ZC81A (ancien) et UNS A07130.

Méthode d’élaboration

La pièce a été moulée au sable et ensuite vieillie naturellement à la température ambiante (21 jours et plus, état T5). Un traitement d’homogénéisation de 24 heures à 470 °C a été effectué au Département de métallurgie. La pièce a refroidi au four avec un taux de refroidissement faible d’environ -50 °C/h.

État métallurgique

Il existe plusieurs raisons d’effectuer un traitement d’homogénéisation sur un alliage d’aluminium de fonderie. Typiquement, le traitement d’homogénéisation dure de 6 à 48 heures, selon la section de la pièce. Précisément pour l’alliage AA 713.0 de cette fiche, l’objectif du traitement thermique est d’homogénéiser la concentration des éléments ajoutés dans la solution solide et de dissoudre certains précipités formés lors de l’état métallurgique précédent (AA 713.0 T5).

En pratique, le traitement d’homogénéisation n’est pas utilisé pour des pièces de grande taille en AA 713.0.

Remarques sur la composition chimique

Le zinc est l’élément d’addition principal du AA 713.0. La formation de précipités de MgZn₂, de Mg₂Si et de CuAl₂ est recherchée lors du traitement de vieillissement. Dans le cas présent, le traitement d’homogénéisation va redissoudre ces précipités.

Remarques sur la microstructure

La comparaison de l’échantillon de AA 713.0 T5 (homogénéisé 12 h, moulé au sable, fiche Al-12) avec celui-ci permet de constater que l’homogénéisation s’est poursuivie et qu’elle a entraîné deux effets. Le premier est une élimination presque complète de la ségrégation dendritique. Les attaques chimiques (au Keller et au Barker) révèlent qu’il reste une très faible hétérogénéité pour la concentration en éléments chimiques. Le deuxième effet concerne une recristallisation partielle des grains de la microstructure. Selon la « méthode des interceptions » de la norme ASTM E112, la taille « G » varie entre 2 et 3 (selon la micrographie choisie), ce qui donne une dimension moyenne entre 127 µm et 179 µm.

Une micrographie prise au microscope électronique à balayage (MEB) (voir l’onglet Constituants) montre que les précipités à base de cuivre et ou de nickel (CuAl₂, NiAl₃, Ni₂Al₃, Cu₃NiAl₆) sont presque entièrement dissous. Des précipités de (Fe,Mn)Al_m – soit du (Fe,Mn)Al₆ ou du (Fe,Mn)Al₃ – sont présents sous forme d’aiguilles.

À titre comparatif, un traitement thermique a été effectué sur le même alliage, mais « sur-homogénéisé » 72 heures au four à 470 °C. L’homogénéisation de la composition chimique est complète, et une diminution significative de la taille des grains, causée par la formation de nouveaux grains recristallisés, est observée (voir l’onglet Constituants). Selon la « méthode des interceptions » de la norme ASTM E112, la taille « G » est de 3, ce qui donne une dimension moyenne de 127 µm. Cela n’est pas souhaitable dans le cas où une mise en forme serait nécessaire et démontre que la durée d’homogénéisation est un paramètre très important pour ce type de traitement thermique.

La présence de microretassures et de porosités n’est pas diminuée par le traitement d’homogénéisation.

Remarques sur les propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques obtenues par l’essai de traction à la suite du traitement d’homogénéisation sont diminuées par rapport aux valeurs typiques du AA 713.0 T5. Les principales raisons sont la croissance de la taille des grains et la dissolution des précipités. De même, la présence de macroretassures et de porosités dans l’échantillon diminue la limite élastique et la résistance en traction.

Préparation métallographique

1. Meulage sur papier 320 grains (2 min.);
2. Polissage avec particules diamantées en suspension : MD-Largo 6 µm (5 min.), MD-Mol 3 µm (6 min.) (optionnelle), MD-Mol 1 µm (5 min.), MD-CHEM avec OP-U Non-Dry (1 min.) (finition).

Fiches d’alliages associés

• Al-10 AA 713.0 T5 Moule en sable
• Al-11 AA 713.0-T5 (Moule permanent)
• Al-12 AA 713.0-T5 Moule sable homogénéisé 12 h à 470 °C

Applications possibles

L’alliage AA 713.0 est idéal à l’état T5 pour les pièces de grandes dimensions ou toute autre pièce pouvant difficilement être traitée au four.

Applications typiques : pièces automobiles, pièces de remorques, pompes, équipements miniers.

L’homogénéisation au four n’est pas le traitement final de livraison de la pièce en service. C’est un traitement intermédiaire et préparatoire à un autre traitement thermique ou de mise en forme à l’état solide (pour un alliage de corroyage).

Provenance/Fabrication

Les éprouvettes de traction originales ont été produites par Paber Aluminium, Montmagny, Québec, Canada. Le traitement d’homogénéisation a été effectué au Département de métallurgie du Cégep de Chicoutimi, Saguenay, Québec, Canada.

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