Relations microstructure-propriétés à haute température dans les alliages d'aluminium pour application aéronautique

Microstructure–properties relationships at high temperature for aeronautical aluminum alloys

• Auteur / Autrice : Louise Briez
• Direction : Jérôme Crépin, Vladimir Esin, Alain Köster
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance le 23/11/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Anna Fraczkiewicz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Crépin, Vladimir Esin, Alain Köster, Jean-Christophe Ehrström
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Viguier, Joël Douin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Avions -- Matériaux

Aluminium -- Alliages

Mots clés libres

Aluminium

Vieillissement

Microstructure

Propriétés

Caractérisation

Contrôle non déstructif

AA2024

AA5086

Aluminum

Aging

Microstructure

Properties

Characterization

Non destructive test

AA2024

AA5086

Résumé

Les alliages d’aluminium constituent environ 80 % des structures d’avions d’affaire Dassault Aviation. Ils sont choisis pour leur bonne tenue mécanique spécifique (rapportée à leur densité) et pour leur coût. Cependant, ils sont spécifiés pour des applications généralement limitées à la plage de températures comprises entre -55 et +85 °C. Qu'en est-il de leur emploi, volontaire ou accidentel, au delà de 85 °C ?L’objectif de cette thèse est de déterminer l’évolution des caractéristiques des alliages d’aluminium courants en fonction des facteurs temps/température/chargement imposés pour un large intervalle de températures (85 à 250 °C) et des durées comparables à celles en service (1 à 10 000 h). Pour cela deux nuances sont étudiées : le 2024 aux états T3 et T8 et le 5086 à l’état H111 et testées à différentes températures, avec ou sans vieillissement artificiel en corrélation avec leur évolution structurale afin d’appréhender les évolutions potentielles d’une pièce de structure aéronautique tout au long de sa vie.La finalité de l’étude est de générer une cartographie complète microstructure/propriétés dans un large domaine de température et pour de courtes et longues durées de vieillissement. Un couplage avec des méthodes de contrôle non destructives sera également établi afin de déceler les pièces surexposées en température et d’accéder à leurs propriétés rémanentes résultantes de l’évolution de leur microstructure.

Aluminum alloys possess low weight and cost and have a high strength which makes them one of the most used materials in aircraft industry. Their operating temperature is included in the range of – 55 to + 85~°C. Nevertheless, the literature data are lacking for aluminum alloys exposed at temperature significantly higher than 85~°C.The aim of this study is to characterize the microstructural and mechanical properties evolution of aluminum alloys as a function of the time, temperature and load after different times of exposure at temperatures above 85 °C.2024 T3 and T8 and 5086 H111 alumnium alloys were artificially aged at different temperatures in the range of 85 to 250~°C for different durations, comparable to service time, varying from 1 to 10~000~h. Then, the mechanical properties were investigated in regard of the microstructural evolutions.Finally, a microstrure/properties map was obtained in a wide range of temperatures and for short and long durations of aging. Non destructive tests were also carried out in order to detect parts exposed in temperature and assess to their remanent properties.