Les avions de combat modernes tirent leur agilité et leur manoeuvrabilité de leur système de propulsion, dont le rapport poussée/masse ne cesse d'augmenter. Cela a été rendu possible, en grande partie, par l'introduction de matériaux à haute résistance dans les disques de turboréacteur. Dans ces pièces, les contraintes sont biaxiales (traction-traction). Le dimensionnement des disques repose sur la connaissance du comportement des matériaux utilisés : fatigue de contrainte ou déformation imposée, amorçage de fissures, propagation de fissures et rupture finale. Au CEAT (Centre d'Essais Aéronautique de Toulouse), nous avons développé un moyen d'essai de fatigue biaxiale à hautes températures (T

Les moteurs devant équiper un avion supersonique civil de deuxième génération devront avoir une durée de vie plus grande que les moteurs actuels, et présenter un rendement amélioré. Les disques de turbine seront en conséquence exposés de manière prolongée à des températures élevées, de l'ordre de 700 °C. L'enjeu de cette étude est d'analyser, dans ces conditions, l'évolution de la microstructure métallurgique du superalliage base nickel N18 induite par le maintien à haute température, et d'en évaluer les conséquences sur les processus contrôlant sa durée de vie en fatigue, en fluage, et en fatigue-fluage à 700 °C. Notre approche expérimentale s'est appuyée sur une caractérisation de la modification de la précipitation gamma', qui concerne essentiellement la population la plus fine (tertiaire), et sur divers types d’essais mécaniques à haute température. Nous proposons des approches de type LSW et LSW modifiée pour décrire la croissance des précipités tertiaires à court terme et pour rendre compte du fort ralentissement de la cinétique qui a été mis en évidence à long terme. Aucun effet du vieillissement n'a été noté lorsque le matériau est testé en fatigue. En revanche, une réduction significative de la durée de vie en fatigue-fluage est observée. Nous avons analysé celle-ci au travers de l'étude de l'endommagement du matériau, associé aux précipités gamma' primaires, mais aussi des forts couplages existant entre fatigue, fluage et oxydation dans ces conditions de sollicitation à très haute température

LES SUPERALLIAGES A BASE DE NICKEL SONT ACTUELLEMENT LES SEULS MATERIAUX POSSEDANT LES CARACTERISTIQUES REQUISES POUR UNE UTILISATION PROLONGEE A TEMPERATURE ELEVEE. CES MATERIAUX SONT NOTAMMENT UTILISES POUR LES DISQUES DE TURBOREACTEURS, LESQUELS ONT NECESSITE LA CREATION DE NOUVEAUX SUPERALLIAGES AINSI QUE L'AMELIORATION DE LEURS PROCEDES D'ELABORATION. APRES L'INFLUENCE DES ELEMENTS CHIMIQUES ENTRANT DANS LA COMPOSITION DE L'ALLIAGE, LE ROLE DU MODE D'ELABORATION SUR LES PROPRIETES MECANIQUES A ETE ETUDIE. AINSI, ON A COMPARE TROIS PROCEDES DE FABRICATION DU MATERIAU, INITIALEMENT OBTENU PAR METALLURGIE DES POUDRES (COMPACTION ISOSTATIQUE A CHAUD/FORGEAGE CONVENTIONNEL/EXTRUSION ET FORGEAGE ISOTHERME). ON CONCLUT A LA FRAGILITE INTERPARTICULAIRE REDHIBITOIRE OCCASIONNEE PAR LE PREMIER PROCEDE, ALORS QUE LE FORGEAGE ISOTHERME PERMET D'OBTENIR UN MATERIAU HOMOGENE. LA RELATION ENTRE LES PROPRIETES MECANIQUES ET LA MICROSTRUCTURE A ENSUITE ETE ETABLIE. ENFIN, L'ENDOMMAGEMENT PAR FLUAGE A ETE ETUDIE. CE MODE DE RUINE SE CARACTERISE PAR L'APPARITION DE CAVITES QUI COALESCENT EN FISSURES. GRACE AUX TECHNIQUES DE MICROSCOPIE A BALAYAGE ET A TRANSMISSION, ON A PU METTRE EN EVIDENCE LES LIENS ETROITS EXISTANT ENTRE COMPOSITION CHIMIQUE, MICROSTRUCTURE ET ENDOMMAGEMENT

NOUS AVONS ETUDIE L'EFFET DE LA TRACTION REPETEE AUX TEMPERATURES DE 550#OC ET DE 700#OC SUR L'EVOLUTION EN SURFACE ET EN SOUS-COUCHE DES CONTRAINTES RESIDUELLES INTRODUITES PAR GRENAILLAGE DE PRECONTRAINTE. TROIS CONDITIONS DE GRENAILLAGE, UTILISABLES DANS LA FABRICATION DES AUBES DE TURBINE ONT ETE OBSERVEES. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QUE PARMI LES GRENAILLAGES ETUDIES CELUI QUI EST EFFECTUE AVEC DE GROSSES BILLES ET UNE FAIBLE VITESSE DE PROJECTION ECROUIT MOINS LE MATERIAU. IL ENGENDRE DES CONTRAINTES EN SURFACE ET EN SOUS-COUCHE TRES STABLES EN PRESENCE DE LA SOLLICITATION A HAUTE TEMPERATURE PAR RAPPORT A CELLES OBTENUES AVEC UN GRENAILLAGE UTILISANT DE PETITES BILLES PROJETEES A GRANDE VITESSE. DE PLUS, IL APPARAIT QUE LA TEMPERATURE EST LE PRINCIPAL FACTEUR DE REDUCTION DES PRECONTRAINTES. LA PART MECANIQUE EN TRACTION REPETEE EST PEU INFLUENTE ET NOUS POUVONS ENVISAGER POUR LES TEMPERATURES UTILISEES, L'ETUDE SEPAREE DES EFFETS. UN MODELE THEORIQUE EST DEVELOPPE AFIN DE DECRIRE L'EVOLUTION DE LA DEFORMATION DE RESTAURATION EN UTILISANT LA LOI DE VARIATION DE LA DENSITE DE DISLOCATIONS DANS LE MATERIAU ECROUI PAR GRENAILLAGE. DANS CETTE LOI INTERVIENT L'ENERGIE ELASTIQUE MACROSCOPIQUE EMMAGASINEE DANS LE MATERIAU APRES GRENAILLAGE ET UN COEFFICIENT LIE A L'ETAT D'ECROUISSAGE DU MATERIAU. A PARTIR DE LA VARIATION DE LA DEFORMATION DE RESTAURATION, POUR UNE TEMPERATURE DONNEE, NOUS AVONS PREVU L'EVOLUTION DE LA CONTRAINTE RESIDUELLE POUR CHACUNE DES CONDITIONS DE GRENAILLAGE. L'APPLICATION DU MODELE DANS LE CAS DE L'IN100, MONTRE QUE LES PROFILS THEORIQUES CORRESPONDENT DE FACON SATISFAISANTE AUX VALEURS EXPERIMENTALES MESUREES PAR DIFFRACTOMETRIE X

Les industriels de l'aéronautique et de l'énergie cherchent continuellement à accroître les températures de fonctionnement de leurs turbomachines dans un souci de rendement et de diminution des émissions polluantes. L'amélioration de la durabilité des composants constitue également une de leurs priorités. Dans ce contexte, la résistance mécanique des superalliages à base de nickel polycristallins utilisés pour les disques de turbines est un point clef. Cette thèse porte sur les modes de déformation et d'endommagement qui se développent à 700°C lors de sollicitations mécaniques de type fatigue, fluage et fatigue-fluage au sein de deux structures métallurgiques différentes de l'alliage Udimet 720. Les différences de comportement mécanique sont analysées au travers des structures de dislocations et de l'évolution des mécanismes qui opèrent à cette échelle. Le rôle des conditions de chargement (s, Dt) et de la microstructure de précipitation g' multimodale est précisé notamment concernant la transition entre le cisaillement des précipités g' et leur contournement. En parallèle, les processus d'amorçage de fissures et de leur propagation sont caractérisés. Si une transition inter –transgranulaire de la croissance des fissures est constatée pour certaines conditions de chargement, l'endommagement des joints de grains et de macles domine. Des interactions complexes fatigue-fluage-oxydation sont de plus mises en évidence par la réalisation d'essais mécaniques équivalents conduits sous air et sous vide. Dans le domaine de haute température exploré, la microstructure de précipitation de cet alliage n'est pas stable. Les effets d'un traitement de vieillissement ont été quantifiés ainsi que leurs répercussions sur le comportement mécanique et la durée de vie. Systématiquement les deux structures métallurgiques homogène et hétérogène ont été comparées.

LE BUT DE CETTE THESE EST D'ETUDIER LA RESISTANCE A LA FATIGUE THERMIQUE DE DEUX SUPERALLIAGES COLONNAIRES A BASE DE NICKEL UTILISES POUR ELABORER DES AUBES DE DISTRIBUTEURS DE TURBINES A GAZ AERONAUTIQUES ET INDUSTRIELLES. LE PREMIER CHAPITRE PRESENTE LES DEUX MATERIAUX ETUDIES ET LES PRINCIPALES TECHNIQUES EXPERIMENTALES UTILISEES. LE SECOND CHAPITRE EST CONSACRE A L'ALLIAGE DE FONDERIE CM 247LC-DS ET EST SUBDIVISE EN DEUX PARTIES. LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE A L'ETUDE DU COMPORTEMENT CYCLIQUE, DE LA DUREE DE VIE ET DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT DE L'ALLIAGE DANS SON ETAT DE REFERENCE SOLLICITE EN FATIGUE ISOTHERME ET ANISOTHERME. NOUS DISCUTONS DE LA COALESCENCE DES PRECIPITES EN FONCTION DES CONDITIONS DE SOLLICITATION PUIS NOUS CALCULONS UNE PARTITION DE LA DEFORMATION INELASTIQUE PENDANT UN CYCLE DE FATIGUE ANISOTHERME. ENFIN, NOUS PROPOSONS UN MODELE SIMPLIFIE DE PREVISION DE DUREE DE VIE EN FATIGUE ISOTHERME ET ANISOTHERME A HAUTE TEMPERATURE BASE SUR UN COUPLAGE FATIGUE/OXYDATION. DANS LA SECONDE PARTIE, NOUS MONTRONS LE ROLE IMPORTANT DE LA MICROSTRUCTURE INITIALE DE L'ALLIAGE SUR SES PROPRIETES EN FATIGUE. LE TROISIEME CHAPITRE EST CONSACRE A L'ETUDE DE L'ALLIAGE A DISPERSION D'OXYDE MA 760-ODS. L'INSTABILITE DE SA MICROSTRUCTURE EN FATIGUE A TRES HAUTE TEMPERATURE EST MISE EN EVIDENCE PUIS DISCUTEE. ENFIN, UNE COMPARAISON SUCCINTE DES DEUX ALLIAGES EST ETABLIE