Contribution a l'etude et au developpement de nouvelles poudres de fonte.

摘要

L'obtention de graphite libre dans des pieces fabriquees par metallurgie des poudres (M/P) est un defi auquel plusieurs chercheurs se sont attardes. En effet, la presence de graphite apres frittage ameliore l'usinabilite des pieces, permettant donc de reduire les couts de production, et peut aussi engendrer une amelioration des proprietes tribologiques. L'approche utilisee dans cette these pour tenter d'obtenir du graphite libre apres frittage est par l'utilisation de nouvelles poudres de fontes atomisees a l'eau. L'atomisation a l'eau etant un procede de production de poudres relativement peu couteux qui permet de grandes capacites de production, le transfert des decouvertes de ce doctorat vers des applications industrielles sera donc economiquement plus favorable.;En plus de l'objectif d'obtenir du graphite libre apres frittage, un autre aspect important des travaux est le controle de la morphologie du graphite libre apres frittage. En effet, il est connu dans la litterature des fontes coulees/moulees que la morphologie du graphite influencera les proprietes des fontes, ce qui est aussi vrai pour les pieces de M/P. Les fontes ductiles, pour lesquelles le graphite est sous forme de nodules spheroidaux isoles les uns des autres, possedent des proprietes mecaniques superieures aux fontes grises pour lesquelles le graphite est sous forme lamellaire et continu dans la matrice. Les resultats presentes dans cette these montrent qu'il est possible, dans des melanges contenant des poudres de fontes, d'avoir un controle sur la morphologie du graphite et donc sur les proprietes des pieces. Le controle de la morphologie du graphite a principalement ete realise par le type de frittage et le phenomene de diffusion " uphill " du carbone cause par des gradients en silicium. En effet, pour les frittages en phase solide, tous les nodules de graphite sont presents a l'interieur des grains de poudre apres frittage. Pour les frittages en phase liquide, l'intensite de la diffusion " uphill " permet de conserver plus ou moins de graphite nodulaire a l'interieur des regions riches en silicium, alors que le reste du graphite precipite sous forme lamellaire/vermiculaire dans les regions interparticulaires.;L'etude des poudres de fontes et la recherche des mecanismes regissant la morphologie du graphite dans les fontes coulees/moulees nous ont amenes a produire des poudres de fontes traitees au magnesium avant l'atomisation. Plusieurs resultats fondamentaux ont ete obtenus de la caracterisation des poudres traitees au magnesium et de leur comparaison avec des poudres de chimies similaires non traitees au magnesium. D'abord, il a ete possible d'observer des bifilms d'oxyde de silicium dans la structure du graphite primaire d'une poudre de fonte grise hypereutectique. Il s'agit des premieres images montrant la structure double de ces defauts, venant ainsi appuyer la theorie elaboree par le professeur John Campbell. Ensuite, il a ete montre que le traitement au magnesium forme une atmosphere protectrice gazeuse autogeneree qui empeche l'oxydation de la surface du bain liquide et donc, la formation et l'entrainement des bifilms. Le role du magnesium sur la morphologie du graphite est de diminuer le soufre en solution en formant des precipites de sulfure de magnesium et ainsi d'augmenter l'energie d'interface graphite-liquide. En reponse a cette grande energie d'interface graphite-liquide, le graphite cherche a minimiser son ratio surface/volume, ce qui favorise la formation de graphite spheroidal. De plus, deux types de germination ont ete observes dans la poudre de fonte hypereutectique traitee au magnesium. Le premier type est une germination heterogene sur un nombre limite de particules faites de magnesium, d'aluminium, de silicium et d'oxygene. Le deuxieme type est une germination homogene des nodules dans certaines regions du liquide plus riches en silicium. L'observation du centre reel tridimensionnel, en microscopie electronique en transmission en haute resolution, d'un des nodules ayant subi une germination homogene a permis de confirmer que le mode de croissance du graphite spheroidal se produit selon le modele de la croissance en feuille de chou. (Abstract shortened by ProQuest.).