L'ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES PROPRIETES MECANIQUES DES SUPERALLIAGES GAMMA -GAMMA ' A BASE DE NICKEL INDIQUE A LA FOIS UNE ABONDANCE DE RESULTATS SUR LE COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE ET DES LACUNES IMPORTANTES SUR LE ROLE DES DEFAUTS CRISTALLINS DES DEUX PHASES GAMMA -GAMMA ' DANS LA DEFORMATION. SUR LE SUPERALLIAGE INDUSTRIEL CMSX-2, OBTENU SOUS FORME DE BARREAUX MONOGRANULAIRES, DES ESSAIS ONT ETE REALISES EN FLUAGE PAR TRACTION SUR DES EPROUVETTES PLATES, ET EN COMPRESSION DYNAMIQUE SUR DES PARALLELEPIPEDES. DES RESULTATS NOUVEAUX ONT ETE OBTENUS, EN CONJUGUANT DES TECHNIQUES DE MICROSCOPIE ELECTRONIQUE ET DE SIMULATIONS NUMERIQUES, EN CE QUI CONCERNE LA STRUCTURE DES DEFAUTS LINEAIRES IMPLIQUES DANS LA DEFORMATION ET AUX INTERFACES. ENFIN, UN MODELE TRIDIMENSIONNEL DU CHAMP ELASTIQUE DES SUPERALLIAGES EST PROPOSE. IL PERMET DE QUANTIFIER LES EFFETS DE CONCENTRATION DE CONTRAINTES DUS A L'ECART PARAMETRIQUE DES DEUX PHASES

L'ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES PROPRIETES MECANIQUES DES SUPERALLIAGES GAMMA -GAMMA ' A BASE DE NICKEL INDIQUE A LA FOIS UNE ABONDANCE DE RESULTATS SUR LE COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE ET DES LACUNES IMPORTANTES SUR LE ROLE DES DEFAUTS CRISTALLINS DES DEUX PHASES GAMMA -GAMMA ' DANS LA DEFORMATION. SUR LE SUPERALLIAGE INDUSTRIEL CMSX-2, OBTENU SOUS FORME DE BARREAUX MONOGRANULAIRES, DES ESSAIS ONT ETE REALISES EN FLUAGE PAR TRACTION SUR DES EPROUVETTES PLATES, ET EN COMPRESSION DYNAMIQUE SUR DES PARALLELEPIPEDES. DES RESULTATS NOUVEAUX ONT ETE OBTENUS, EN CONJUGUANT DES TECHNIQUES DE MICROSCOPIE ELECTRONIQUE ET DE SIMULATIONS NUMERIQUES, EN CE QUI CONCERNE LA STRUCTURE DES DEFAUTS LINEAIRES IMPLIQUES DANS LA DEFORMATION ET AUX INTERFACES. ENFIN, UN MODELE TRIDIMENSIONNEL DU CHAMP ELASTIQUE DES SUPERALLIAGES EST PROPOSE. IL PERMET DE QUANTIFIER LES EFFETS DE CONCENTRATION DE CONTRAINTES DUS A L'ECART PARAMETRIQUE DES DEUX PHASES.

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

LE COMPORTEMENT MECANIQUE DU SUPERALLIAGE A BASE DE NICKEL CMSX-2 A ETE ETUDIE GRACE A DES ESSAIS DE FLEXION QUATRE POINTS PERMETTANT D'INDUIRE DANS UN MEME ECHANTILLON DES CONTRAINTES NORMALES DE TRACTION ET DE COMPRESSION. LE DOMAINE DES BASSES ET MOYENNES TEMPERATURES (573 K-1023 K) A ETE EXPLORE AU TRAVERS D'ESSAIS DE FATIGUE REPETEE A DEFORMATION IMPOSEE. LES TROIS DIRECTIONS PRINCIPALES DU TRIANGLE STEREOGRAPHIQUE STANDARD ONT ETE TESTEES. L'ORIENTATION 110 EST CRITIQUE CAR, POUR CELLE-CI, LE CISAILLEMENT DES PRECIPITES INTERMETALLIQUES QUI RENFORCENT LA MATRICE EST OBSERVE DES QU'UN FAIBLE TAUX DE DEFORMATION EST ATTEINT. DE PLUS, POUR CETTE ORIENTATION, LES MECANISMES DE DEFORMATION MIS EN EVIDENCE PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION DANS LES ZONES EN TRACTION ET LES ZONES EN COMPRESSION SONT DIFFERENTS. LE DOMAINE DES HAUTES TEMPERATURES (1323 K) A ETE EXPLORE AU TRAVERS D'ESSAIS DE FLUAGE. UNE ETUDE QUANTITATIVE PAR ANALYSE D'IMAGES DE LA COALESCENCE DES PRECIPITES INTERMETALLIQUES MONTRE QU'A CETTE TEMPERATURE, LA CINETIQUE DE COALESCENCE EST EN GRANDE PARTIE CONTROLEE PAR LE NIVEAU DE DEFORMATION AU SEIN DU MATERIAU. UN MODELE PERMETTANT DE CALCULER LA VITESSE DE FLUAGE STATIONNAIRE EN FONCTION DES LOIS DU FLUAGE UNIAXIAL EST PROPOSE. DE PLUS UNE ANALYSE AU MICROSCOPE ELECTRONIQUE A BALAYAGE EN TRANSMISSION DES ECHANTILLONS FLUES A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LA SEGREGATION DE CERTAINS ELEMENTS D'ALLIAGE DANS LES COULOIRS DE MATRICE AINSI QU'AU SEIN DES DISLOCATIONS QUI TAPISSENT LES FACES DE PRECIPITES. UN MODELE DE COALESCENCE DES PRECIPITES INTERMETALLIQUES, BASE SUR L'EFFET INDUIT PAR LES DISLOCATIONS EMISES LORS DU FLUAGE A ETE ELABORE. CELUI-CI PERMET D'EXPLIQUER L'EVOLUTION DES MORPHOLOGIES DE COALESCENCE EN FONCTION DU SIGNE ET DE LA DIRECTION DE LA CONTRAINTE APPLIQUEE

L'ETUDE PRESENTEE ICI VISE A CARACTERISER LE COMPORTEMENT EN FLUAGE D'UN SUPERALLIAGE FORGE POUR DISQUES DE TURBOMACHINES, L'UDIMET 720, A UNE TEMPERATURE DE 850\C. UNE APPROCHE ORIGINALE, METTANT EN UVRE DES EPROUVETTES A SECTIONS UTILES MULTIPLES, A PERMIS DE CARACTERISER LE COMPORTEMENT MECANIQUE DE L'ALLIAGE EN FLUAGE, MAIS EGALEMENT DE PROCEDER A UNE ETUDE SYSTEMATIQUE DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT INTERVENANT A HAUTE TEMPERATURE. LA CONTRIBUTION DES EFFETS D'ENVIRONNEMENT AU COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE DE L'ALLIAGE A ETE MISE EN EVIDENCE PAR LE BIAIS D'ESSAIS DE FLUAGE REALISES SOUS VIDE SECONDAIRE, OU SUR DES MICRO-EPROUVETTES A SECTION UTILE REDUITE. LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT INTERVENANT EN FLUAGE ONT ETE IDENTIFIES SUR LA BASE D'OBSERVATIONS METALLOGRAPHIQUES D'EPROUVETTES ROMPUES EN FLUAGE OU PARTIELLEMENT ENDOMMAGEES. TROIS MECANISMES ONT PU ETRE IDENTIFIES : UN MECANISME D'OXYDATION SUPERFICIELLE DE L'ALLIAGE, UN MECANISME D'OXYDATION PREFERENTIELLE DES JOINTS DE GRAINS DE L'ALLIAGE, FORTEMENT COUPLE AVEC LE CHARGEMENT MECANIQUE, ET UN MECANISME DE COALESCENCE DES PRECIPITES DE LA PHASE DURCISSANTE RENFORCANT UNIFORMEMENT LA MATRICE DE L'ALLIAGE. LA DEMARCHE ADOPTEE NOUS A PERMIS DE DETERMINER, POUR CHACUN DE CES MECANISMES, UNE CINETIQUE D'EVOLUTION ET DE QUANTIFIER LES COUPLAGES EXISTANT ENTRE LES EVOLUTIONS MICROSTRUCTURALES DE L'ALLIAGE ET LE CHARGEMENT MECANIQUE. A PARTIR DES LOIS D'EVOLUTION DE L'ENDOMMAGEMENT INDUIT PAR CHACUN DE CES MECANISMES, ON PROPOSE UNE MODELISATION PHENOMENOLOGIQUE DU COMPORTEMENT ET DE L'ENDOMMAGEMENT DE L'UDIMET 720 SOLLICITE EN FLUAGE. LE MODELE PERMET DE DECRIRE LE COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE EN FLUAGE, JUSQU'A RUPTURE, D'UNE EPROUVETTE DE GEOMETRIE SIMPLE. LA MODELISATION PROPOSEE PERMET DE DEGAGER DES REGLES POUR LE DIMENSIONNEMENT DE PIECES, ET DE METTRE EN EVIDENCE LES PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX POUVANT ETRE OPTIMISES POUR AMELIORER LA RESISTANCE EN FLUAGE DES SUPERALLIAGES A BASE DE NICKEL.

LA DEFORMATION PLASTIQUE DES SUPERALLIAGES MONOCRISTALLINS A BASE DE NICKEL MET EN JEU UNE MATRICE CFC, DES PRECIPITES ORDONNES GAMMA PRIME CUBOIDAUX, AUX INTERFACES EN PLAN CUBIQUE. NOUS Y ETUDIONS LES EFFETS DE POLARITE DES DISLOCATIONS EN FONCTION DE LA CONTRAINTE APPLIQUEE, EN PARTICULIER LE CISAILLEMENT A HAUTE TEMPERATURE (MILLE KELVINS) DES PRECIPITES PAR DES DISLOCATIONS SUPER-SHOCKLEYS. NOUS MODELISONS LEUR FORMATION A PARTIR D'UNE DISLOCATION DE MATRICE, PAR GERMINATION D'UNE BOUCLE DE SHOCKLEY A L'INTERFACE PRECIPITE-MATRICE. NOUS MONTRONS QUE LA COMBINAISON DE TROIS FACTEURS EST NECESSAIRE A LEUR FORMATION: (I) LA DIFFERENCE ENTRE LES ENERGIES DE PAROI D'ANTIPHASE ET DE DEFAUT D'EMPILEMENT DE SUPERRESEAU (DES); (II) LA FORCE SUR LA BOUCLE DUE A LA CONTRAINTE APPLIQUEE; (III) L'ACTIVATION THERMIQUE. LA CONTRAINTE SELECTIONNE LA PARTIELLE QUI VA GERMER, ET DONC AUSSI LA NATURE INTRINSEQUE OU EXTRINSEQUE DU DES CREE. C'EST UNE CAUSE POSSIBLE DE L'ANISOTROPIE TRACTION-COMPRESSION. NOS ESSAIS DE FLUAGE, DE DEFORMATION DYNAMIQUE ET DE TRACTION IN-SITU DANS UN MICROSCOPE, SELON DES AXES DE CONTRAINTE NON STANDARD SONT COMPATIBLES AVEC LE MODELE, ET CARACTERISENT LA PLASTICITE DUE AUX SUPER-SHOCKLEYS

L’objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension des mécanismes de déformation contrôlant le fluage à haute température des superalliages polycristallins à base de nickel, en particulier aux joints de grains. A cette fin, une technique de microextensométrie, utilisant une microgrille déposée à la surface du matériau par microlithographie, a été développée et optimisée pour un usage à haute température. Des relations entre microstructure de précipitation, distribution des déformations intragranulaires et déformations intergranulaires ont été établies. Globalement, il ressort de cette étude que dans les conditions de sollicitation maximisant la contribution du glissement intergranulaire (température et contrainte faibles), la distribution des déformations à l’intérieur des grains et les caractéristiques des joints de grains influent sur l’amplitude du glissement aux joints de grains.