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INTERACTIONS DES LACUNES ET DES
DISLOCATIONS DANS UN LAITON BÊTA A 4 %
D’ALUMINIUM
P. Jacquet, E. Mencarelli, A.R. Weil
To cite this version:
JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C 3, supplément au no 7-8, Tome 27, juillet-août 1966, page C 3-188
INTERACTIONS DES LACUNES ET DES DISLOCATIONS
DANS UN LAITON BÊTA A 4
%
D'ALUMINIUM
P. A. JACQUET, E. MENCARELLI et Mme A. R. WEILL Attachés aux Services techniques de l'Armée
Résumé.
-
Supposé améliorer les propriétés mécaniques d'un laiton bêta industriel à 4 % d'aluminium, le maintien pendant 27 heures de l'alliage à 550° produit en fait des structures micro- graphiques inattendues. On observe au grossissement de 400 diamètres des sous-joints formés de dislocations, des enroulements en spirale ou en hélice et de nombreuses porosités. Ces configura- tions se rapportent vraisemblablement aux interactions entre lacunes et dislocations.Abstract. - An industrial alloy of beta-brass containing 4 % aluminium was given a 27 hours heat-treatment at 550 O C to improve its mechanical properties. In fact the resulting micrographic structure was unexpected, showing at a magnification of x 400, dislocation sub-boundaries, spirals and helices among numerous pores. These features may be due to vacancy-dislocation interactions. Introduction.
-
Notre attention a été attirée, il y aplusieurs années par les remarques de A. R. Bailey et de ses collaborateurs [l] au sujet de l'influence des traitements thermiques sur la fragilité des laitons bêta à 4
%
d'aluminium. On sait que ces laitons, dits à haute résistance, peuvent comporter diverses addi- tions ; ils sont d'usage courant en construction navale (2).A notre demande, A. R. Bailey a bien voulu nous adresser, pour étude, des échantillons d'un laiton à 62,59
%
Cu, 3,99%
Al et 33,42%
Zn en poids, soit en atomes : environ 60%
Cu, 30%
Zn et 10%
Al.Description des expériences. - Parmi les divers traitements auxquels ont été soumis les prélèvements, nous distinguerons en particulier la trempe à partir de 800 Co (échantillon P), et le maintien pendant 27 heures à 550 OC, suivi de refroidissement au four jusqu'à 400 OC, puis d'une trempe à l'eau [3] [4] [ 5 ] . Dans un échantil- lon (P IV) ainsi traité, on note en surface des traces de déformation plastique qui proviennent du découpage à la scie (5, Fig. 3), et qui s'estompent avant de dispa- raître après des polissages électrolytiques successifs et prolongés.
Selon le diagramme ternaire [ 6 ] , il se produit une transformation qui, aux environs de 4200, amène la décomposition de la phase
P,
stable aux températures élevées. On conçoit donc que suivant le temps de maintien à 5500 et le mode de refroidissement à partir de températures supérieures ou inférieures à 4200, on puisse observer différents modes de précipitation.En fait, l'alliage P, trempé à partir de 800 OC est mono- phasé, sa polygonisation est très prononcée [5]. Quant à l'échantillon P IV, la phase y y précipite en faible quantité avec une répartition très irrégulière, en rela- tion avec une microstructure non seulement polygo- nisée, mais encore caractérisée par un grand nombre de pores, d'enchevêtrements de dislocations et l'apparition de spirales fort bien dessinées (3) (Fig. 1, 2 et 3). En aucun cas la diffraction des rayons X n'a permis de déceler la phase a.
Parmi les motifs que dessinent les dislocations, on reconnaît les dispositions, aujourd'hui classiques, à une échelle beaucoup plus fine - celle du microscope électronique - aboutissant à l'établissement de divers
types de sous-joints (Fig. 4). Au voisinage des joints, des sous-joints et le plus souvent dans les enchevêtre- ments de dislocations, les signes de précipité sont absents ou beaucoup plus rares qu'ailleurs. Les pores (Fig. 3, et 41, dont le polissage électrolytique exa- gère les dimensions, sont bien distincts des défauts de fonderie, un polissage mécanique fin fait ressortir leur forme géométrique liée à l'orientation de la coupe observée. Les spirales (Fig. 2 et 3) sont dessinées, à partir d'une cavité centrale, par un fossé dont la profon- deur est de l'ordre de 250
A,
d'après les mesures interfé- rentielles ; on s'est en outre assuré par des observations au microscope et par diffraction X que le polissage électrolytique, qui seul les révèle, n'opère en général aucune dissolution sélective de la phase gamma.Pour mieux observer la formation des spirales, et si possible la disposition des pores, on a choisi un grain,
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a b
FIG. 1.
-
Laiton P IV.a ) Réseau parallèle de dislocations formant sous-joint, avec dislocation transversale. b)Arrangement régulier de dislocations en quadrillage.
FIG. 2. - Laiton P IV. Examen en contraste de phase positif.
On remarque une piqûre au centre de la spirale dont le contour est un fossé. Le champ est parsemé de porosités.
FIG. 3.
-
Laiton P IV.séparé en deux par un SOUS-joint formé de dislocations Examen en contraste interférentiel en lumière polarisée.
et portant de part et d'autre des spirales enroulées en La surface de la spirale est légèrement convexe, dépourvue de
sens inverse (Fig. 4). On note une certaine relation précipités, mais non de pores.
entre pores et points d'ancrages des dislocations.
C 3 - 190 P. A. JACQUET, E. MENCARELLI ET Mme A. R. WEILL
FIG. 4. - Laiton P 1V ( x 400).
De part et d'autre d'un sous-joint formé de dislocations, on note des spirales enroulées en sens inverse. A droite (flèche) une ellipse se dessine.
même place, la spirale précédente, tandis que l'ellipse signalée a fait place à une porosité.
Une seconde dissolution, identique à la première, permet encore de retrouver la même spirale quelque peu déformée à 20 p au-dessous du plan originel d'observation.
Après une troisième dissolution, plus forte que les précédentes, on distingue une nouvelle spirale, en boucles fermées, tandis que plusieurs pores se sont réunis en son voisinage.
D'après cette série d'expériences, on serait tenté de penser que la spirale qui se conserve sur une hauteur de 20 microns, soit une distance à peu près équiva- lente à deux fois l'extension latérale, représente la coupe par le plan d'observation d'une hélice. Reste à déterminer l'orientation de cette hélice.
D'après la figure 2, la spirale est de symétrie binaire ou quaternaire. La trace, selon la direction [l Il], des plans de glissement (110) est parallèle à l'une des dia- gonales de la spirale. Il semble donc que ce motif se dessine autour d'un axe [110]. D'autre part, un dia- gramme de Laue pris sur le grain de la figure 3 indique que la surface se trouve à 60 environ d'un plan (1 11). Si l'on admet que 1'011 voit dans le plan (111) une hélice enroulée autour d'un axe [110], on s'explique l'aspect quasi carré du motif. En effet, dans le plan
(110) le rapport des côtés serait comme I/
JS,
tandis qu'il passe à 4 3 2 dans le plan (1 11).Cette influence du réseau cristallin se manifeste encore par la désorientation des spirales de part et d'autre du sous-joint (Fig. 4). On peut mesurer environ 10 entre leurs branches homologues, on trouve la même valeur par dépouillement des diagrammes de diffraction en retour.
INTERACTIONS DES LACUNES ET DES DISLOCATIONS C 3
-
191a .. b
FIG. 5.
-
Echantillon P XI. (traité à 550 OC).a) Coupe longitudinale de dislocations en hélice.
b) Boucles de dislocations autour d'un pore.
Formation de circuits fermés. Traces d'une source par montées de dislocations (flèche).
FIG. 6. - Echantillon P VI. Refroidi au four à partir de 550°.
Diagramme en retour.
C 3
-
192 P. A. JACQUET, E. MENCARELLI ET Mme A. R. WEILL [5] nous incitent à considérer les figures de disloca-tions observées plutôt comme des canaux de propaga- tion des lacunes que comme des traces du précipité y. Néanmoins une « décoration » de ces dislocations n'est pas exclue, elle semble même nécessaire pour des observations à cette échelle.
Nous n'avons pas encore poursuivi cette étude au microscope électronique ou à la microsonde, nous ne savons donc pas exactement ce qui facilite le pompage des lacunes par les dislocations et quel facteur déter- mine ici la formation de configurations stables, réseaux en parallèles ou en quadrillages (Fig. l), ou hélices (Fig. 5a), et la création de porosités. En tout état de cause nous n'avons jamais constaté qu'une hélice se transformât en pore, mais de manière générale les boucles de dislocations s'épanouissent autour de pores (Fig. 5b en particulier).
Pour tenter de relier ces observations aux calculs théoriques, il aurait été désirable de retrouver ces mêmes configurations dans un alliage moins complexe. Toutes les tentatives sur des laitons binaires de titre équivalent ont échoué. L'aluminium joue donc son rôle, entre autre pour modifier le rapport des coeffi- cients de diffusion du zinc et du cuivre, ou pour favo- riser localement la sursaturation en lacunes.
Quelles que soient les études fondamentales aux-
quelles les phénomènes observés se rattachent, effet Kirkendall[7], dislocations en hélice [8] ou interaction lacunes-dislocations [9] [IO], il ne paraît pas encore possible d'établir autre chose que des rapprochements intuitifs entre celles-ci et ceux-là étant donné les singularités même de l'alliage et la difficulté de contrô- ler son comportement hors de l'état d'équilibre. Ce n'est, répétons-le en guise de conclusion, que dans des cas très particuliers que se forment des motifs géomé- triques aussi caractérisés que ces spirales, et pour l'instant nous avons dû nous borner à constater le fait.
Bibliographie
[l] BAILEY (A. R.), MORRIS (S.) et WIESIOLEK (A. J. K.), Metal Industry, 1953, 83, 497.
121 BAJLEY (A. R.), ibid., 1952, 80, 519.
[3] JACQUET (P. A.), C. R. Ac. Sci., 1954, 239, 1799. [4] WEILL (A. R.) et JACQUET (P. A.), ibid., 1954, 239,
1801.
151 WEILL (A. R.), Revue de Métallurgie, 1956, LIII, 1 1 1. [6] BAUER (O.) et HANSEN (M.), 2. f. Metallkunde, 1932,
24. 1. 73 et 104.
[7] SEITZ
( ~ . j ,
3. of the Physical Soc. of Japarz, 1955, 10, (8). 679.[8]
