Etude des differents domaines de formation des zones G.P. dans le diagramme d'equilibre Al-Zn

.Acru Herallury~ca. VoL 24. pp. 779-757. Pergilmon Press 1916. Printed m Great Bntain

ETUDE DES DIFFERENTS DOMAINES DE FORMATION DES ZONES G.P. DANS LE DIAGRAMME D’EQUILIBRE Al-Zn A. JUNQUA,

J. MIMAULT

et J. DELAFOND

Laboratoire de Mitallurgie Physique, L.A. 131 C.N.R.S., 40, Avenue du Recteur Pineau. 86022 Poitiers, France (Received

15 December 1975; in revised form 24 January 1976)

R&m&-Nous avons realise un ensemble de mesures in situ de susceptibilite magnetique sur differents alliages Al-Zn: des cinetiques isothermes apres trempc a partir de basses temperatures et des isochrones apres trempe a partir de hautes temperatures; cet ensemble nous a permis non seulement de retrouver sensiblement la mime lacune de miscibilite des zones G.P. que celle tracte par Anantharaman et Satyanarayana mais aussi de placer, pour la premiere fois, la spinodale experimentale des zone G.P. dans Ie diagramme d’equilibre Al-Zn. Des essais de reversion viennent confirmer la lacune de miscibilid trouvee. Abstract-A series of measurements was carried out in situ of magnetic susceptibility on different Al-Zn alloys: isothermal kinetics after hardening at low temperatures and isochronal kinetics after hardening at high temperatures; this series has enabled us not only to find appreciably the same miscibility gap of the G.P. zones as that set out by Anantharaman and Satyanarayana. but also to put in for the first time the experimental spinodal line of the G.P. zones in the Al-Zn phase diagram. Reversion tests have confirmed the miscibility gap which was found. Zusammenfassung-Eine Reihe von in situ-Messungen der magnetischen Suszeptibilitlt wurden an verschiedenen Al-Zn-Legierungen durchgefuhrt: die isotherme Kinetik nach Abschrecken von tiefen Temperaturen an und Isochronen nach Abschrecken von hohen Temperaturen an.; diese Meggruppe erlaubte uns nicht nur, dieselbe Mischungslticke der G.P.-Zonen, wie sie von Anatharaman und Satyanarayana beschrieben worden ist, genau wiederzufinden, son&m such zum ersten Male die experimentclle Spinodale der G.P.-Zonen in das Phasendiagramm Al-Zn einzutragen. Wiederholte Versuche bestitigen die aufgefundene Mischungslticke.

1. INTRODUCTION Nous avons &ji montrt [l] qu’en suivant des revenus isothermes par des mesures de susceptibilite statique, il Ctait possible de distinguer, suivant la temperature de revenu choisie, entre les deux processus de formation des zones G.P.; nous avions situ& la temperature spinodale pour l’alliage Al-15% Zn en poids a 129°C + 3°C. Nous allons, dans le present article, montrer comment nous avons pu tracer les deux courbes expkimentales que sont la spinodale et la lacune de miscibilitt metastable des zones G.P. dans le diagramme d’equilibre Al-Zn. Nous montrerons tout d’abord qu’une etude plus fine des isothermes sur Al-15% Zn foumit des renseignements inttressants et en particulier des points sur la lacune de miscibilitt m&stable. Mais de telles manipulations sont fort longues puisque nous avions ralenti de maniere notable la preprtcipitation en trempant de basse temperature; il est a noter que c’est ce ralentissement qui nous avait en fait don& la possibilitt d’ttudier le debut du phtnomkne. Aussi, avons nous cherche a obtenir les m6mes renseignements que ceux obtenus par les isothermes avec des isochrones de durtes relativement

courtes mais cette fois real&s aprb trempe a park d’une temperature situ&e tres au-dessus du solvus. Dans un premier temps nous avons teste la methode sur Al-15%Zn; les resultats se sont averb tout a fait cornparables a ceux obtenus avec les isothermes. Nous avons alors determine, par des isochromes sur d’autres concentrations que 15% des points sit&s sur la courbe spinodale et sur la lacune de miscibilite. Les points trouves en particulier ceux sur la lacune seront discutts et compares a ceux de la littkrature regroup& par Anantharaman et Satyanarayana. Nous donnerons enfin les confirmations de la lacune apportees par des manipulations de reversion qui font suite a quelques revenus isothermes. Nous montrerons que l’interpretation proposke pour Al-15% Zn est aussi valable pour d’aurres concentrations. Hypothese de travail concernant la relation entre la susceptibilitt! et la structure d’un alliuge

Dans l’etat actuel des theories du magnttisme des alliages de metaux normaux, il n’est pas possible d’exploiter quantitativement les rdsultats des evolutions de la susceptibilitt au tours dune preprtcipitation.

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JUNQUA,

MIMAULT

ET

DELAFOND:

ZONE FOR.MATION

Ceci nous a amen& a poser l’hypothese de travail suivante: au tours de la preprecipitation, quand les zones formees sont deja des entites stables, la susceptibilite de l’alliage est Cgale en premiere approximation, a la susceptibilite de la solution solide restante; la concentration finale de la solution solide est d&tie par la lacune de miscibilite m&stable. Cette hypothbse nous avait CtC suggerie par les premieres experiences que nous avions faites sur Al-Cu [lo, 111. Nous pensions qu’une phase riche en cuivre et regroup&e (zones et mOme precipitts) ne pourrait donner qu’une contribution diamagnetique faible d’autant plus que sa concentation en volume darts I’alliage est faible. Ces experiences montraient en particulier que pour des basses temperatures (inferieures h 290 K atin de “geler” la prtprecipitation), la variation, en fonction de la temperature, de la susceptibilite dun alliage dans un Ctat donne de prep& cipitation (c’est-a-dire, dont la concentration en solute dans la solution solide est alors de C) est tout a fait comparable a celle dune solution solide, parfaitement disperske, de meme concentration C. Des experiences identiques, realiskes cette fois-ci sur l’alliage Al-Zn [12] nous permettent de contirmer ce fait experimental; de plus, dans ce cas, les grandes concentrations initiales Co font qu’il y a un changement de signe de d;t/de au tours de prtprtcipitation. Enfin, il nous a Cte donnt[13] de montrer qu’il existait une courbe unique x = f(d, oti d est le dkfaut tlectronique appord par le solute par rapport a l’aluminium (les solutes &ant: Cu, Mg et Zn). Pour l’alliage Al-Zn que nous avons le plus CtudiC jusqu’ici, la courbe 1 = f(c) correspondante comporte un minimum vers 12% en poids; notre hypothese de travail s’est trouvee a nouveau confirmee quand pour une concentration initiale Co suptrieure a 12% et pour un domaine de tempkature particulier, nous avons pu suivre lors dun revenu le passage des valeurs de la susceptibilite par le minimum de la courbe x(c). Nous allons montrer que cette hypothese est suffiSante pour rendre compte des differentes evolutions en x au tours dune priprtcipitation darts un autre domaine de temperature. 2. ETUDE DE L’ALLIAGE

Al

1

15%Zn

I

I

I

5

IO

loo

I

1000

log t,

10,000

mn

Fig. 1. Variations de la susceptibilitk magnktique au tours de revenus isothermes aprks trempe pour AI-15% Zn.

puis le passage par le minimum de la courbe x(c) Fig. 2, si du moins la concentration d’equilibre est inferieure a 12% pour la temperature de revenu considbee. fl nous apparait maintenant logique que la valeur finale des variations de 2 doive dans ce cas correspondre a la valeur d’equilibre donnee par la lacune de miscibilite m&stable pour la temperature de revenu choisie. Nous obtenons ainsi trois points sur la lacune de miscibilitt m&stable des zones G.P. dans Al-Zn. 12,8% 14O’C

l&75% 132°C

1291% 136’C

.&l-15% Zn

PAR REVENUS ISOTHERMES 2.1 Cint%iques isothermes’avec

AND PHASE DIAGRA.M

x Al Zn

trempb=

f (cl

temps d’incubation

Nous presentons a nouveau lknsemble des revenus isothermes sur Al-15% Zn (Fig. 1). Nous avions attribut [l] l’allure des courbes A, B et C a la formation des zones par le processus de germination-croissance; en effet, ces cinetiques isothermes rtalisks respectivement a 140, 136 et 132°C cornportent un palier initial horizontal (d’autant plus long que la temperature de revenu est plus tlevee) qui traduit le temps d’incubation relatif 21la formation des germes; nous avions montre qu’une diminution de la concentration de la solution solide entraine tout d’abord une diminution des valeurs de la susceptibilitt au tours du revenu,

% zn,

pods

Fig. 2. Courbe x (c). Variation de la susceptibilitk en fonction de la concentration pour diffkrentes solutions solides Al-Zn.

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MIMAULT

ET

DELAFOND:

ZONE FORMATION

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AND PHASE DIAGRAM

Now avow chercht ensuite a appliquer les resultats de la theorie de Damask (21 (1965) a 1Ytude des courbes A, B et C; si on considere a un instant t parmi les atomes de solute qui wont precipites en fin de cinitique la fraction Ct’ des atomes precipites, Damask a montre que la fraction 1 - W des atomes de solute encore en solution s’ecrit sous la forme: log (1 - W) = -23r p + 2/p log 2. En considerant que la concentration de la solution solide passe par exemple de 15 a 12,8% pour la cinitique A nous avons pu tracer, en nous reportant a la courbe x (c), Fig. 2 les courbes log (1 - W) en fonction de t (Fig. 3) et determiner ainsi les valeurs de p et x correspondantes, et comparer ensuite les courbes theoriques et experimentales 1 - W en fonction de log t (Fig. 4); nous constatons alors que les courbes theoriquer et experimentales coincident, et que la thtorie de Damask rend compte parfaitement des experiences, ce qui tendrait a confirmer l’existence dun processus pur de germination-croissance. 2.2 CinPtiques isothermes sans temps d’incubation A partir de la courbe D et jusqu’a la courbe L, nous avions indique cl] que l’on entrait de plus en plus dans le domaine spinodal et nous avions alors place la temperature spinodale a 129 f 3’C. En effet, a partir de la courbe D, il n’y a plus de temps d’incubation et si on considtre une onde de concentration symetrique autour de la valeur moyenne Co = lSo/,, nous avons montre que l’on pouvait rendre compte, par une ponderation sur toutes les concentrations balayees par la fluctuation, de l’allure des variations de x dans les tout premiers instants des revenus; nous rappelons que pour obtenir une interpretation quantitative du phtnomtne il faudrait connaitre la forme de l’onde de concentration; nous avons fait des calculs simples en prenant des ondes de concentration sinusoidales, il apparait que les modulations ne peuvent itre symetriques que pendant quelques minutes. Aussi, pour des temperatures inferieures a la temp0.3

0.1 0 i.9

i,l

I ICOO2000

I

3000 t.

4000

I

SOW

I

6OcG

I

7cco

t,

Ill”

Fig. 4. Comparaison des courbes theoriques et expCrimentales donnant, la variation de 1-W (fraction des atomes de soluti encore en solution) en fonction du temps.

trature spinodale T,, nous en deduisons que tres rapidement les zones vont se developper a partir des maxima de concentration resultant de la decomposition spinodale; en con&quence, au tours du temps, la valeur de la susceptibilite rejoint insensiblement la courbe x(c) d’autant mieux que les zones seront de taille suffisante pour que l’hypothese de depart soit verifiee. Les variations de ,Y, au tours dun revenu realis a une temperature tris a l’inttrieur du domaine spinodal, sont trts importantes: ceci s’explique trts clairement en considerant la pente importante de la courbe x(c) pour des concentrations c comprises entre 6 et 12%. Une etude plus fine du riseau de courbes dans les premiers instants de revenu nous permet de distinguer le maximum de la vitesse de la decomposition spinodale; en effet, si nous considerons sur chacune des courbes le premier point exp&imental realise 5 min aprts la trempe nous pouvons constater que les valeurs de x sont tout d’abord plus basses que la valeur apris trempe (courbes D, E, f). ensuite plus hautes mais croissantes jusqu’a la courbe J puis decroissantes pour les courbes K et L; le maximum de vitesse de la decomposition spinodale se situe done vers 59°C en tout cas entre 69 et 41’C. Cahn [3] a montre que le maximum devrait se situer a T. 0,93 q, alors que dans le cas present, le rapport (TJTJ experimental est compris entre 0,78 et 0%. L’emploi de cinetiques isothermes pour I’alliage Al 15% Zn nous a done permis de donner des points sur la lacune de miscibilitt m&stable et aussi un point sur la spinodale des zones G.P. Mais cette methode presente l’inconvenient d’etre fort longue, aussi lui avons-nous prefer& une autre mtthode basee sur des isochrones afin d’etudier d’autres concentrations en zinc. 3. ETUDE

PAR DES ISOCHROXS QUELQUES ALLIAGES A!-Zn

DE

mn

Fig. 3. Courbes exp&rimentales petmettant de determiner les coefficients z et p de la theorie de Damask.

Les deux mtthodes employees isothermes et isothrones sont fondamentalement differentes par la

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ET

DELAFOND:

ZONE FORMATION

manibe de tremper. Dans la premiere, le fait de tremper dune tempkrarure juste au-dessus de la lacune de miscibilite m&stable wait notablement raienti la cinetique du phenomtne de preptkipitation et nous avow eu ainsi le temps materiel d’etudier le debut de ce phtnomkte. Dans la seconde, nous trempons de haute tempkature (45OT) afin d’acctlerer le phtnomene de prtpricipitation ulterieur; en trempant de cette maniere, la sursaturation en lacunes est importante, et nous espkrions rbduire, voire supprimer le temps d’incubation propre au phenomene de germination et croissance et ainsi pouvoir determiner en particulier des points sur la Iacune de miscibiiite m&stable en trawnt des courbes isochrones de variations de susceptibilite en fonction de la tempkrature de revenu aprbs trempe. Dans un premier temps, nous avons done test4 la methode sur l’alliage Al 15%Zn. 3.1 AI-15% Zn La connaissance des deux modes de formation des zones G.P. dans cet altiage et l’allure de la courbe z(c) nous am&rent a prevoir les resultats suivants: Pour des temperatures supkieures a la temperature T, correspondant B Ia lacune, les valeurs de susceptibiiite trouvkes aprts revenu doiventkre les mzmes quelle que soit la duree du revenu; en effet, les zones G.P. ne peuvent apparaitre audessus de TL, par contre, une autre phase que les zones G.P. pourrait intervenir. Pour des temperatures inferieures B T,, si on trace deux isochrones pour des durees de revenu differentes, elles doivent se skparer et sur chacune d’elle x doit diminuer avec la temperature de revenu. Cependant il wait possible que x reaugmente pour des isothrones de duree suffisamment longue. Puis, au-dessous dune temperature de revenu T,, tempkrature spinodale, les deux isochrones doivent montrer brusquernent un accroissement de K dQ a ia decomposition spinodale. L’allure de isochrones experimentales pour 15 et 45 mn cot&me bien nos previsions: la Fig. (5) nous permet de situer TL pour l’alliage Al-15%Zn vers 155°C; la tem~ra~re spinodale T, pour ce m&ne

45mn

\

Fig. 5. Courbes isochrones x = J (temperature de revenu) correspondant a Al-15% Zn et Al-K?% Zn.

9

0.30

AND PHASE DIAGRAM

Al 20%

20

5 E

1” “0

0,x)

x

OJO 120

I I40

, ;166’C , 160 Iso r,

I 200

‘C

Fig. 6. Courbes isochrones x =f (tem~rature correspondant B Al-20% Zn.

de revenu)

alliage est de I’ordre de 128X, valeur deja trouvee par l’autre methode. Le test sur Al-15%Zn paraissant satisfaisant, now avons ainsi &udie ex~r~entalement d’autres concentrations; iI Ctait aid de prevoir que les allures des isochrones, pour chaque concentration mitiale consider&e, seraient differentes puisqu’elles dependront de l’allure de la courbe x(c).

Al-12%Zn. La separation des deux isochrones a lieu vers 135°C c’est done la valeur adoptee pour TL (Fig. 5). On peut remarquer que cette separation est moins nette que pour l’alliage Al-15%Zn. La remontee de x a bien lieu SW chaque isochrone vers 107T, c’est la valeur retenue pour T,. Les &u&us obtenus dans ce cas nous confirment dans le fait que la concentration de 12% est treksproche de celle correspondant au minimum de la courbe x(c). Al-20% Zn (Fig. 6). FL est dans ce cas trbs proche de 180°C; Ia separation entre les deux isochrones (5 mn et 30 mn) n’est pas trb nette puisque la pente de x (c) est faible pour c ltgkrement inferieure a 20%. T, = 166°C est la temperature pour taquelle les deux isochrones decroissent brusquement. En effet, dans les premiers instants du revenu, pour des fluctuations faibles l’allure de la courbe (c) autour de c = 20% fait que la sus~ptib~it~ rtsultante va d’abord decroitre. Al-30% Zn (Fig. 7). Entre 20 et 30% la courbe x(c) presente certainement un maximum, aussi les deux isochrones (20 et 45 mn) se dedoublent-elles vers TL = 205°C pour des valeurs croissantes de la susceptibilite. Pour les temperatures inferieures a I, = lSST, les deux isochrones presentem une decroissance de la susceptibilite; de plus, on peut noter l’intersection des deux courbes; en effet, par le processus de germination et croissance, il y a augmentation de la susceptibilite aiors que la decomposition spinodaie entraine une dkroissance de x et ces variations sent d’autant plus marquees que le temps de revenu a une temperature donnee est plus grand.

JUNQUA.

MIM.\ULT

ET

DELAFOND:

ZONE FORMATION

AND PH;\SE DIAGRAM

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3.3 Discussion lies re’sultars obtenus

I

[I66 OJO

I

I

140

I

I

160

I

I

II

zoo

I80 T.

220

‘C

Fig. 7. Courbes isochrones x =f(tempkrature correspondant g A&30% Zn.

de revenu)

Al-lo% Zn, AL-& Zn er AM”/, Zn (Fig. 8). A partir de c = 10% et pour les concentrations inferieures,

il ne nous est plus possible de determiner TL; la prtprecipitation par germination et croissance de la solution solide est trop lente car les temperatures de revenu sont trop faibles. Par contre. la determination de K est assez nette car le mtcanisme spinodal provoque une augmentation importante et brutale de la susceptibilite, mime, pour la plus faible des concentrations ttudites. T, = 92°C pour Al-1O~~Zn; T, = 66°C AI-874 Zn; T, = 32’C pour Al-6% Zn.

pour

En resume, les valeurs determintes sont les suivantes: (“.I khantillons c (“; poidsl c (“; atomiquel Tr (‘C) r, (‘C)

6 5.84 2.47 32

8 8.21 3.6 66

IO 10.1 .l..l3

I? 11.9 5.3 I35 107

92

15 I5 6.11 I55 I?8

?O 20 9.35 180 166

30 30 I5 105 186

Nous nous proposons de comparer nos points expirimentaux avec ceux trouves dans la litterature. s’il nous est impossible de comparer nos points spinodaux avec ceux obtenus experimentalement par d’autres auteurs, puisque seul Murakami [I] donne un point situe entre 120 et 130°C pour I’alliage Al-l?; Zn en poids, par contre, les points experimentaux correspondant a la determination de la lacune sont nombreux. En les collectionnant Anantharaman et Satyanarayana [S] ont pu donner une lacune de miscibiliti metastable des zones G.P. que nous tracons sur la Fig. 9 ot sont port&s tgalement nos points experimentaux ainsi que la spinodale calculee a partir des travaux de Cahn. La lacttne de miscibiliti. On peut remarquer que les points de la lacune dtterminee par mesure magnetique sont situ& Iegerement en dessous de la courbe trade par Anantharaman et Satyanarayana. Ceci est peut-etre dd aux deux raisons suivantes: Nous avons fait I’hypothese que la trempe etait suffisamment rapide pour supprimer la pcriode de germination. s’il n’en est pas tout a fait ainsi, les points de la lacune sont alors un peu bas en temperature. Par contre les points retenus a la suite de manipulations de reversion sont parfois situ& un peu haut en temperature; il est en effet tris delicat de determiner a partir de quelle temperature on peut “fondre” toutes les zones quels que soient leur taille et leur nombre; la duree de reversion des zones est parfois tres longue dans le cas des alliages Al-Zn [6]. Or, beaucoup de points experimentaux cites par Anantharaman et Satyanarayana ont ete obtenus apres reversion. La courbe spinodale. Nos points experimentaux sont dans ce cas trts difftrents de ceux de la spinodale Points

On peut considerer que l’incertitude absolue de determination sur chaque temperature est de I’ordre de 3’C.

_

0,60

Al 6%

de

Anontaraman

---Sptnodale ZOO

-Lacune

Zn

90mn

2

450

100

P b--

$ S >

0,40

“2 x 0,30

0.20

I20

40

60

100

80 T.

I20

140

‘C

Fig. 8. Courbes isochrones x =f(tempkrature de revenu) correspondant B AI-10% Zn, Al-8% Zn, Al+; Zn.

0

c %,

DoIds

Fig. 9. Diagramme mktastable Al-Zn. Comparaison difkents points expkrimentaux.

des

JUNQUA.

783

MIMAULT

ET

DELAFOND:

ZONE FORMATION

AND PHASE DIAGRAM

calculee par Cahn, par contre on petit remarquer que la spinodale experimentale obtenus a la suite des mesures magnetiques est voisine de la lacune de miscibilite generalement admise; la proximitt de ces deux courbes dans le diagramme d’equilibre Al-Zn est l’une des raisons de la difficult+ de la mise en evidence des deux processus de la formation des zones [l]. Les points spinodaux que nous avons d&ermines sont par contre tres voisins des valeurs trouvees par Rivaud (7) par des revenus isothermes suivis par rbistiviti; nous avons recemment montri [6] que cet auteur avait en fait determine la spinodale, en cherchant a savoir a partir de quelle temperature il constatait la disparition du maximum “classique” de rtsistivite constate lors de revenus isothermes apres trempe.

AI lZ%Zn

p””

4. ESSAIS DE RI?VERSION APRkS REVENU Ces essais vont permettre de verifier la lacune de miscibilite metastable des zones G.P. tracte prectdemment. Certains de ces essais et en particulier ceux obtenus avec Al-15”;Zn sont anterieurs au trace de la lacune et la temperature de reversion a alors etC choisie, par precaution, volontairement plus haute que la lacune qui etait alors gtntralement admise. 4.1 RPrersion de Al-15%Zn

(fig. 10)

Cas June cinkique acec palier: courbe B. La tem-

perature de revenu aprts trempe est dans ce cas de 136’C; nous avons arrete le traitement thermique a 136°C au bout de 98OOmn, puis nous avons pork l’tchantillon a 17O’C. Les valeurs des susceptibilites sont obtenues, comme lors des revenus, a la temperature de l’azote liquide en portant tres rapidement l’echantillon du microfour dans le cryostat. On peut remarquer que la valeur de z correspondant a l’etat trempe est obtenue, mais apres plus de 0,45

AI

Q

15% Zn

R&versions

b 170°C

0.30 P 8

0.25

E s *

II

I \

A\ A\

0.20

x

.’

0, I5 0.. @ 0.10

mn

1000 mn de maintien. Nous pensons que, lors du revenu a 136’C. settle la preprecipitation a eu lieu et qu’il n’y a pas de formation de precipites. Cas d’une cinPrique suns palier initial: cow-be I. Nous presentons ici les resultats obtenus au tours

de la reversion realile a partir de la courbe I pour laquelle la temperature de revenu etait de 69°C. Le traitement thermique de revenu a tte incerrompu au bout de 9800 mn. La valeur de l correspondant a celle de Mat juste apres trempe est obtenue tres rapidement dans ce cas, alors que la variation de x est considerable. Les reversions a 170°C sont done possibles quelle que soit la temperature de revenu choisie. 4._7 Cas de Al-l?’- 0 Zn

0.40

0,35

t.

Fig. 11. Revenus isothermes aprks trempe pour I’alliage AI-lOyOZn.

.’

/

_*_._.-•-

I

I

I

IO

100

1000

Vl”

Fig. 10. Essais de riversion pour AI-lj9; Zn.

Discussion de recenus isothermes obtems. La Fig. 11 montre que I’on a encore les deux sortes de cinbiques deja observees avec Al-15%Zn. Xous allons montrer que la temperature spinodale est situie entre 104 et 113’C: cependant nous allons essayer de faire une analyse plus fine de ce reseau de courbes, itant donnee la quantite de rtsultats expkimentaux dont nous disposons. A park de 104’C, pour des temperatures dtcroissantes, nous constatons une augmentation initiale de la susceptibiliti que nous pouvons expliquer par l’effet spinodal puisqu’ une fluctuation de concentration autour de 12% sur la courbe x(c) peut entrainer une leg&e augmentation de la susceptibilite: ensuite la courbe a 104T comme celle a 93°C presenre un palier horizontal tres long au bout duquel la susceptibilite augmente brutalement; cette demiere remarque ten-

JUNQCA.

MISIAL’LT

DEL;ZFOND:

ET

ZOSE

drait a prouver que. lorsque Ie revenu a lieu tres Iegerement a l’interieur du domaine spinodal, ii faut attendre un certain temps le relais dun autre processus pour que la preprtcipitation puisse se poursuivre: il s’agit la dun temps vraisemblablement necessaire pour former des zones a partir des maxima de concentration dus a la decomposition spinodale. Des la temperature de revenu de 9O’C. les maxima de concentration sont suffisamment importants pour que des zones puissent se creer rapidement. et la susceptibilite croit regulierement au tours du temps. Le nez du maximum de vitesse de l’effet spinodal peutitre situe entre 39 et 6O’C, et 0,SZ < (T,‘T,) < 0.58. NOUSsituons la temperature spinodale dans ce cas entre 113 et 104’C puisque la cinetique a 113C presente un temps d’incubation de presque 10.000 mn; nous pouvons remarquer la leg&e decroissance qui se produit lors des paliers d’incubation, que nous attribuons a la reversion dun tres leger effet spinodal qui aurait pu se produire au tours de la trempe ellemtme: ceci peut s’expliquer par une temperature de trempe trop elevee, en effet, nous faisions les trempes a partir de 18O’C comme pour les cinetiques sur Al-W

Zn.

No;; pouvons noter la similitude des cinetiques obtenues sur les alliages a 12 et ljg;; en particulier, comme dans le cas de Al-15”oZn. les valeurs de l obtenues aux points a. b et c par exemple ne sont pas non plus representatives des solutions solides

0,X

/ -_ \

445

\ / -:\ \

0,4c

, - -:

\

\

!\ -X-

‘, \

4

AI 12% Zn

\

-b

Aprk (trempi

24h

de revenu

b 2O’C

de 43O’C)

\

,

0,35

? ?

0,30

E 2 h

X

f

0.25

420

\

AXD PHASE DI.\GRAM

7%

Fig. 13. Revenus isothermes aprts trempe pour I’alliage ;\I-20”, Zn.

determinees par la lacune de miscibilite, pour Its temperatures respectivement de 16. 39 et 6O’C. Nous allons montrer qu’il est possible de revertir tous les etats obtenus pour des temperatures de reversion inferieures au solvus quel que soit le processus de formation des zones. RPrersions obrerwes acec l’aliioge Al-l?.“, Zn (Fig. 12). Quand nous avons realis& ces expkrienclts. nous n’avions que peu de renseignements sur la lacune de miscibilite mttastable; aussi avons-nous commence par proceder a des reversions a haute temerature: par exemple. a 16/C. nous Ctions sdr detre largement au-dessus de la lacune: pour cette tempkature l’alliage est parfaitement reverti apt-es dix minutes de maintien. Puis nous avons, pour d’autres etats. abaissi graduellement la temperature de reversion: 152’C pour l’etat b. 139’C pour f. 132.T pour e et m&me 124’C apres un revenu dune duke de 24 h a 2OC, mais apres une trempe a partir de 43O’C. La valeur de 1 obtenue apres chaque reversion est pratiquement la mime et elle correspond sensiblement a la valeur de 1 aprts trempe a partir de 18O’C, quoique tres legerement inferieure en moyenne. Nous remarquons aussi que la duke de la rsversion complete depend de la temperature a laquelle elle est effect&e; plus la temperature est elevee, plus elle est rapide; bien sdr. cette duke depend aussi de l’etat obtenu avant reversion. 4.3 Cas de Al-20°0Zn

915

0,lC

FOR!.I.-\TION

I-

IO

I00 t.

1000

mn

Fig. 12. Experiences de riversion pour I’alliage Al-l?‘, Zn.

Erde des retems isothermes. Pour cette concentration, l’etude de la courbe z(c) montre qu’un effet spinodal. mime faible, entrainera une diminution initiale de la susceptibilite; nous constatons sur la Fig. 13 une diminution immediate de 1 pour les cinctiques g 164 et 152:C. alors qu’un temps d’incubation de

7%

JU?iQUA,

MIMAULT

ET

ZONE FORMATION

DELAFOND:

IoOmn dibute la cinetique a 176’C. Nous situons done la temperature spinodaie dam ce cas entre 164 et 176’C. La Fig. 13 comporte en outre deux cinetiques a la mime temperature (37”(Z),mais aprts des trempes differentes; nous remarquons que la valeur de x obtenue apres 1OOOmn de revenu est la mZme dans les deux cas; la distribution en taille devrait done itre la msme; Ies deux valeuts apres trempe sont par contre differentes, celle apres trempe a partir de 44O’C etant infecieure a l’autre, ce qui nous semble normal puiqu’un effet spinodal au couw de la trempe tend a faire baisser la valeur de x, dans le cas dun alliage AI-lo% 2%. immersions obrenues (Fig. 14). Dans ce cas encore, nous ne connaissions pas la temperature correspondam a la lacune de miscibilite mttastable; nous avons choisi une temperature de reversion assez Clevee pour avoir une marge de Icurite. Nous pouvons faire les remarques suivantes: Pour les etats k, 1 et HZ,la valeur de la susceptibiIit~ apres reversion est identique a celle obtenue apt&s trempe. Pour les ttats n et 0, elle est inferieure; ces deux reversions sont realiskes aprts lO.OOOmn de revenu environ, et, sur les cinetiques correspondantes (Fig. 13) on peut constater un changement d’allure caracdristique, sans doute, dun debut de transformation des zones en une autre phase m&stable. Cette nouvelle phase mttastable apparait aussi apres chacune des reversions puisqu’on constate un debut de diminution de x due a une nouvelle prbprecipitation. Ceci est en accord avec ~inte~r~tation g&n&ale faite par Anantharaman et Satyanarayana des resultats experimentaux trouves par differents auteurs:

c!,43 Al 20% a40

Zn

i

E a33

n

e 5

a30

E f '8 X

a25 m

0.20

f

I

IO

I

rco

t, Fig. 14. Exptriences de hersion

min

iooo

I

tap00

pour I’alliage Al-20% Zn.

AND PHASE DIAGRAM Temos

\

L

T

:(T’

t

Fig. 1.5.Diagramme TTT relatif B la formation des zones G.P. l’apparition dune phase m&stable autre que les zones G.P. peut venir compliquer l’interpretation de resultats experimentaux, et ce, d’autant plus que la temperature de revenu est elevke et la concentration initiale Co plus importante.

5. CONCLUSION Les dew courbes experimentales, lacune de miscibilitt mitastabIe et spinodale, nous permettent de definir les domaines de formation des zones G.P. dans le diagramme d’equilibre Al-&. L’Ctude de l’allure du diagramme T.T.T. (Fig. 15) relatif aux deux processus de formation des zones et trace, par exemple, pour une fraction transform&e de lo/, en ger~nation-crois~nce, facilite la comprehension du problime [3 J. (1) 11 y a formation des zones G.P. par le seul processus de germination et croissance pour des temperatures comprises entre T, et T‘. h’ous avons pu constater par trois m&odes differentes (susceptibilite magnitique [ 1], resistivite [6], diffusion centrale de rayons X[S]) que les temps d’incubation du phenomene sont d’autant plus longs que la tempkature est &levee. Une fois la taille critique atteinte, les zones sont riparties au hasard dans la matrice; cela se tradui t : En diffusion centrale des rayons X, par des courbes d’intensite ditkske sans anneau d'interfkrence[S, 93. En resistivid, par des cinetiques isothermes sans maximum, mais avec palier d’incubation (61. En susceptibilitt magnitique, la valeur de cette susceptibilite evolue darts le temps en suivant la courbe x =1(c) des solutions soiides [I]. (2) Si la d~omposition spinodale n’existe pas dans ie domaine de metastabilite de la solution solide (audessus de T,), par contre, la thtorie montre que le

JUNQUA.

MIMAL-LT

ET

DELAFOND:

ZONE FORMATION

processus de germination et croissance peut apparaitre dans le domaine d’instabilitk (au-dessus de T,). Puisque la vitesse de decomposition spinodale est nulle B z alors que la bitesse de germination est maximale A cette tempkature, la germination pourra 2tre compktitive avec la dkomposition spinodale pour des tempkratures ltgkrement infkrieures g 7,. Par contre, pour des tempkratures de revenu bien infkieures A T,, la demixtion ne s’opbe plus que par dkcomposition spinodale et cela se traduit par des zones rCguli&rement rtparties et expkimentalement par: L’anneau classique sur les courbes de diffusion X traduisant un phknomkne d’interfkrences entre les zones. Un maximum pour des revenus isothermes suivis par rksistivitk. Une variation de susceptibilitk qui ne suit plus la courbe x =f(c) des solutions solides lors des premiers instants des revenus isothtrmes.

AND PHASE DIAGRAM

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