CARACTERISATION EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE: L'ETUDE DETAILLEE DES SITES D'AMORCAGE ET DES CHEMINS DE PROPAGATION DES FISSURES A MONTRE L'INTERVENTION DE MECANISMES DIFFERENTS SELON LA TEMPERATURE. LE ROLE DETERMINANT DE L'ENVIRONNEMENT A DONNE LIEU A UNE ETUDE PLUS COMPLETE A 1000 C POUR PRECISER L'INTERACTION FATIGUE-OXYDATION

L'OBJET DE L'ETUDE EST DE PROPOSER UN MODELE PHENOMENOLOGIQUE DE L'ENDOMMAGEMENT DES SUPERALLIAGES A BASE DE NICKEL PAR L'OXYDATION, CONDUISANT A UNE DEGRADATION DE LEURS PROPRIETES DE FISSURATION EN FATIGUE A 650C. EN S'APPUYANT LARGEMENT SUR LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION ANALYTIQUE, LES MECANISMES D'OXYDATION STATIQUE ET EN PARTICULIER LE STADE DE GERMINATION SONT ETUDIES. L'INFLUENCE DE LA COMPOSITION CHIMIQUE, DE LA MICROSTRUCTURE, DE LA PRESSION D'OXYGENE ET D'UNE PREDEFORMATION MECANIQUE SUR CE PREMIER STADE DU PROCESSUS D'OXYDATION EST DISCUTEE. DES ESSAIS DE PROPAGATION DE FISSURES SOUS DIFFERENTES PRESSIONS D'OXYGENE, DANS L'ALLIAGE 718, MONTRENT L'EXISTENCE D'UNE PRESSION DE TRANSITION DELIMITANT DEUX REGIMES DE PROPAGATION LIES AUX MODES D'OXYDATION. UNE RELATION EST ETABLIE ENTRE CES DEUX REGIMES ET LA NATURE DES PREMIERS GERMES FORMES. CETTE PRESSION DE TRANSITION NE DEPEND PAS DES CONDITIONS DE SOLLICITATION, FREQUENCE ET CHARGEMENT, MAIS DE LA TENEUR EN CHROME DU MATERIAU. DES ESSAIS SUPERPOSANT UN CRENEAU DE PRESSION A UN CYCLE DE CHARGEMENT MECANIQUE EN FATIGUE LENTE OU FATIGUE-FLUAGE PERMETTENT DE PRECISER LE MODE D'ENDOMMAGEMENT PAR L'OXYDATION. LA PROPAGATION DE LA FISSURE SE FAIT DE FACON CONTINUE, INDIQUANT QU'IL N'Y A PAS DEVELOPPEMENT D'UNE COUCHE D'OXYDE OU DE FRAGILISATION A LONGUE DISTANCE. CES ESSAIS INDIQUENT AUSSI LES PHASES DU CYCLE PENDANT LESQUELLES L'OXYDATION A UN EFFET ENDOMMAGEANT. IL S'AGIT DE LA FRACTION DU CYCLE OU LA VITESSE DE DEFORMATION EN POINTE DE FISSURE EST POSITIVE. SON IMPORTANCE DEPEND DE L'APTITUDE DU MATERIAU A RELAXER RAPIDEMENT LA CONTRAINTE. UN MODELE DE FRAGILISATION EST PROPOSE, BASE SUR LA FORMATION EN POINTE DE FISSURE DE GERMES DE NIO PENDANT CERTAINES PARTIES DU CYCLE DE SOLLICITATION. DES MODIFICATIONS CHIMIQUES ET MICROSTRUCTURALES DE CES ALLIAGES SONT PRECONISEES, PERMETTANT D'AMELIORER LEUR RESISTANCE A LA FISSURATION

Dans le cadre de cette thèse, nos efforts se sont portés, pendant trois ans, sur quatre objectifs: 1) calcul du facteur d'intensité de contraintes en fatigue vibratoire à température ambiante et à haute température par la méthode des éléments finis; 2) essais et analyses de fissuration à température ambiante et a haute température en fatigue vibratoire et en fatigue conventionnelle; 3) pilotage de la machine d'essai par un micro-ordinateur IBM ps/2; 4) conception et réalisation d'un nouveau système d'essai pour la superposition de la fatigue vibratoire a une charge moyenne non nulle. Les études en fatigue vibratoire nous permettent de tirer les conclusions suivantes: en fatigue vibratoire, le calcul du facteur d'intensité de contraintes est caractérisé par l'amplitude de vibration, non par la contrainte nominale. En fatigue vibratoire, l'effet de la fermeture de la fissure est plus faible qu'en fatigue conventionnelle grâce à la relaxation des contraintes résiduelles en tête de fissure. Dans nos études, la fréquence de sollicitation est très importante 20 kHz, mais elle ne provoque pas une chaleur telle qu'un changement de la vitesse de propagation de la fissure soit observé. Le mécanisme de fissuration en fatigue vibratoire est semblable a celui de la fatigue conventionnelle. à haute température, l'oxydation peut ralentir la propagation d'une fissure au voisinage du seuil a une charge faible quand la température est assez élevée

Themes reflect the work carried out within the framework of COST-501 and of COST-505 the latter being concerned with materials for steam turbines and the first results of the concerted action COST-501/II 'High temperature materials for power engineering' initiated in 1988.

L'objectif de ce travail est de simuler les vitesses de fissuration sous chargement cyclique avec ou sans temps de maintien à haute température dans un environnement inerte, pour un matériau " fragile au fluage ", un superalliage à base de nickel. Les essais de fissuration avaient été menés à 750ʿC sous vide pour mettre en relief les interactions des effets d'endommagement induits par le fluage et la fatigue. Pour représenter la partie cyclique du chargement, la simulation fait intervenir un champ d'endommagement cyclique au voisinage de la pointe de fissure et la fermeture de fissure. La simulation lors des temps de maintien utilise un champ d'endommagement qui dépend des déformations de fluage et qui prend en compte les influences de l'émoussement en pointe de fissure et du temps de remise en chargement. Les interactions fatigue fluage reposent sur l'association des deux endommagements de fatigue et de fluage et sur un paramètre d'endommagement global.

L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST DE MIEUX COMPRENDRE LE MECANISME DE FISSURATION PAR CORROSION SOUS CONTRAINTE DE L'ALLIAGE 600 DANS L'EAU A HAUTE TEMPERATURE. ELLE A CONSISTE PLUS PRECISEMENT A DETERMINER, A PARTIR DE DONNEES QUANTITATIVES PHENOMENOLOGIQUES, QUEL EST (OU QUELS SONT) LE (OU LES) MECANISME(S) SUSCEPTIBLE(S) DE RENDRE COMPTE DE L'AMORCAGE ET DE LA PROPAGATION DES FISSURES. LES PRINCIPALES DONNEES QUANTITATIVES RELATIVES A L'AMORCAGE DES FISSURES OBTENUES SONT LES SUIVANTES : A) UN QUART DES JOINTS DE GRAINS SUSCEPTIBLES D'AMORCER DES FISSURES SONT FISSURES ; B) LA DENSITE DE FISSURES AMORCEES AUGMENTE AVEC LA TENEUR EN HYDROGENE DU MILIEU. CES RESULTATS LAISSENT A PENSER QUE L'AMORCAGE N'EST PAS DU UNIQUEMENT A LA DISSOLUTION ; L'ABSORPTION D'HYDROGENE SEMBLE ETRE IMPLIQUEE DANS LE MECANISME D'AMORCAGE. EN CE QUI CONCERNE LA PROPAGATION DES FISSURES, UNE ACCELERATION, OBSERVEE UNIQUEMENT POUR LES PLUS GRANDES FISSURES, A ETE MISE EN EVIDENCE SUR UN MATERIAU SANS COUCHE ECROUIE A SA SURFACE. CETTE ACCELERATION PEUT ETRE EXPLIQUEE PAR UNE VALEUR CRITIQUE DU FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE, PAR LE CONFINEMENT D'UNE ESPECE EN FOND DE FISSURE, PAR LE FRANCHISSEMENT D'UNE BARRIERE MICROSTRUCTURALE OU ENCORE PAR UN EFFET MECANIQUE COLLECTIF. QUANT A LA VITESSE DE PROPAGATION LENTE, A) ELLE EST UNE FONCTION DECROISSANTE DE LA DENSITE Z DE FISSURES PLUS PROFONDES QUE LA FISSURE CONSIDEREE ; B) ELLE EST PROPORTIONNELLE A LA VITESSE DE DEFORMATION A LA PUISSANCE 0,6 QUELLE QUE SOIT LA VALEUR DE Z ; C) ELLE EST MAXIMALE POUR UNE VALEUR DONNEE DE LA TENEUR EN HYDROGENE DU MILIEU (QUELLE QUE SOIT LA VALEUR DE Z). DES MECANISMES BASES SUR LA FORMATION D'UNE NOUVELLE PHASE (MODELES DE SHEN ET SHEWMON, DE SCOTT) AINSI QUE CEUX BASES SUR DES INTERACTIONS CORROSION-PLASTICITE (MODELE DE MAGNIN) SONT EN MESURE DE RENDRE COMPTE DE L'ENSEMBLE DE CES RESULTATS. DE PLUS, CES MECANISMES PROPOSES POUR EXPLIQUER LA PROPAGATION SEMBLENT POUVOIR S'APPLIQUER AUSSI A L'AMORCAGE.

Les aubes de la turbine haute pression des turboréacteurs ou des turbines terrestres sont des composants importants soumis à des chargements thermomécaniques sévères. Ces aubes sont fréquemment réalisées en superalliage à base de nickel monocristallin. Les modèles de durée de vie actuels décrivent l'amorçage de microfissures, alors que plusieurs études ont montré la nécessité de tenir compte de leur propagation. L'objet de cette thèse était donc de la modéliser par l'approche locale de la rupture en fatigue et en fatigue-fluage. Nous avons d'abord identifié une loi de comportement cristallographique dans des conditions de sollicitation variées. Cette loi a été utilisée pour simuler l'activation des systèmes de glissement en pointe de fissure à haute température sous sollicitations cycliques. Des essais de fissuration à haute température ont alors été réalisés pour comprendre l'influence de plusieurs paramètres. On montre notamment que les effets de l'orientation cristallographique ou de l'environnement sont peu marqués. Deux modèles complémentaires de propagation de fissure sont proposés. Le premier permet d'estimer rapidement la vitesse de propagation en fonction des conditions de chargement. Il s'agit d'un post-traitement de calculs cycliques par éléments finis, utilisable à moyen terme en milieu industriel. Le deuxième modèle permet de simuler le chemin de fissuration, notamment la bifurcation de fissure. C'est un modèle d'endommagement continu. Ces outils ont été validés dans plusieurs conditions de chargement. Ils offrent des perspectives prometteuses d'amélioration des prédictions de durée de vie. L'extension des modèles au cas anisotherme, la modélisation non locale de l'endommagement et la diminution des temps de calcul sont des points sur lesquels des progrès sont possibles.