Stage Master : Lien microstructure-propriétés mécaniques dans des alliages d’aluminium anciens (Toulouse)

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Le contexte de ce sujet de stage M2 est l’étude d’alliages d’aluminium anciens et de leur développement pour l’aéronautique au début du 20ème siècle. Dans cette période historique, l’usage des alliages d’aluminium devint courant mondialement pour les pièces de structure et les fuselages des avions. La recherche et le développement de chaque nation furent mis au service de la course à la meilleure technologie aérienne : notamment pour les chasseurs. Afin d’acquérir une meilleure connaissance des alliages d’aluminium utilisés dans différentes nations (France, Allemagne, USA, Royaume-Uni…etc.) et comprendre le lien qui était fait à l’époque entre composition chimique des alliages, mise en forme et propriétés mécaniques, notre équipe étudie depuis plusieurs années les matériaux issus d’avions crashés de la deuxième guerre mondiale. L’évaluation des propriétés mécaniques des pièces issues de ces avions requière normalement une surface ou un volume important de matière afin d’en extraire des éprouvettes de traction par exemple. Sur les pièces d’avions crashés, non seulement les pièces sont petites et tordues, mais elles font partie du Patrimoine Aéronautique, et sont donc destinées à être conservées. Des analyses les moins invasives possibles sont par conséquent nécessaires. Dans cette optique, une machine de traction (Deben®) a été acquise par l’équipe du CIRIMAT pour tester les propriétés mécaniques sur des éprouvettes millimétriques. Les tests micro-mécaniques ont prouvé leur efficacité à l’échelle locale. Ainsi, des micro-échantillons extraits de ces épaves d’avion seront testés sur cette machine de traction. La compréhension des propriétés de ces alliages d’aluminium passe nécessairement par l’étude de leur microstructure (taille, morphologie des grains et précipitation de phases durcissantes à l’échelle nanométrique). L’étudiant sera en charge des essais de traction à l’échelle millimétrique et de la caractérisation par microscopie électronique par balayage (MEB) de ces échantillons : avant et après traction, notamment pour l’observation des faciès de rupture. Des techniques complémentaires comme l’EBSD (Electron Backscatter Diffraction) et la microscopie électronique en transmission seront employées pour faire le lien entre taille, morphologie, orientation des grains et propriétés mécaniques. Une technique de corrélation d’image sera mise en oeuvre pour évaluer les élongations vraies des échantillons. Une fois la méthodologie mise au point, des essais de traction in-situ, dans le MEB Helios nano-lab, sont également envisagées : la plate-forme de traction étant adaptée à un fonctionnement en chambre sous vide. Par comparaison des microstructures avec des alliages récents et dont les caractéristiques mécaniques sont bien connues, il est attendu une meilleure compréhension des états métallurgiques de ces alliages anciens. Le vieillissement dû à l’historique de l’avion et de l’épave sera ainsi mis en lumière.

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