Précipitation dynamique dans les alliages d'aluminium : mécanismes et applications – DYNAMITAL

Pour progresser dans la compréhension de ces phénomènes couplés, DYNAMITAL a mis en œuvre une approche expérimentale quantitative, couplant essais mécaniques contrôlés et mesures par diffusion des rayons X aux petits angles, ainsi que des mesures par microscopie électronique, sonde atomique tomographique et diffraction. Ces dernières, réalisées in-situ en cours de déformation plastique, donnent accès aux caractéristiques des nano-précipités durcissants (taille, fraction, densité) et leur évolution, et permettent donc de quantifier l’effet des principaux paramètres : température d’essai, état initial et vitesse de déformation. Ces données quantitatives sont ensuite mises en regard des modèles prédictifs et aident à leur évolution pour aboutir à un contrôle prédictif de ces procédés.

Sur le premier pilier du projet, qui concerne le contrôle des cinétiques de précipitation dynamique en déformation monotone, le projet a abouti à une compréhension fine de la compétition entre les différents mécanismes physiques en jeu ; en particulier le rôle de premier plan des lacunes en sursaturation comme accélérateur de précipitation a été mis en évidence, ainsi que la dissolution des précipités les plus petits induite par la déformation plastique. Nous avons mis en évidence que la compétition entre précipitation accélérée et dissolution est contrôlée par le niveau de sursaturation initial, et les conditions thermo-cinétiques pilotées par la température et la vitesse de déformation. Ces mécanismes ont été implémentés dans un modèle quantitatif, qui permet de prédire les évolutions microstructurales et de cartographier les mécanismes dominant dans l’espace paramétrique des paramètres d’élaboration.

Concernant le deuxième pilier du projet, qui concerne les cinétiques de précipitation dynamique en déformation cyclique, le projet a permis de déterminer les gammes de déformation par cycle nécessaires pour activer ce phénomène, et de classer les contributions respectives au durcissement final des précipités nouvellement formés, des défauts liés à la déformation cyclique (comme les boucles de dislocations) et des autres défauts structuraux.

Ce projet a abouti à deux thèses soutenues début 2026 par Guillaume Crowin au laboratoire SIMAP et Adam Bouayoune au laboratoire MATEIS. Le travail de modélisation a été réalisé en collaboration entre les deux doctorants et apparaît donc comme un chapitre commun dans les deux thèses. La production scientifique a donné lieu à 8 présentations dans des conférences, et 6 articles sont en voie d’être publiés dans des revues internationales de qualité (1 soumise à date de ce rapport).

Ce projet ouvre la voie à un contrôle prédictif des procédés couplant précipitation et déformation plastique, qui sont largement évalués pour des objectifs d'allègement des structures automobiles ou aéronautiques

Le projet DYNAMITAL a pour objet d’aboutir à une compréhension approfondie des mécanismes gouvernant la précipitation dynamique dans les alliages d’aluminium à durcissement structural, et d’en explorer le potentiel pour aboutir à de nouvelles microstructures et propriétés. Afin de prédire la compétition entre accélération et dissolution de la précipitation induites par effet dynamique, et la cinétique de ces transformations, la méthodologie proposée fait appel en particulier à des mesures in-situ par diffusion des rayons X. Nous conduirons une étude paramétrique très large en étudiant les effets de la température, de la vitesse de déformation, de l’état métallurgique initial, de la sursaturation des alliages ainsi que de la forme des précipités par la nature des éléments d’addition. La précipitation dynamique par déformation cyclique sera explorée comme moyen d’obtenir des microstructures en rupture des microstructures habituelles, et nous en explorerons les propriétés associées.