CE TRAVAIL A POUR OBJET L'ETUDE DE LA FISSURATION A HAUTE TEMPERATURE D'UN SUPERALLIAGE DE LA METALLURGIE DES POUDRES A BASE DE NICKEL, L'ASTROLOY, UTILISE POUR LA FABRICATION DES DISQUES DE MOTEURS D'AVIONS. UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE LA PROPAGATION DE FISSURES COURTES ET LONGUES SOUS CHARGEMENT DE FATIGUE, DE FATIGUE-FLUAGE ET DE FLUAGE A ETE EFFECTUEE SOUS AIR ET SOUS VIDE. ON MONTRE QU'UNE BAISSE DE FREQUENCE SOUS AIR CONDUIT A UNE FORTE ACCELERATION DES VITESSES DE FISSURATION, ELLE RESULTE PRINCIPALEMENT D'UNE ACTION DE L'ENVIRONNEMENT. A BASSE FREQUENCE SOUS AIR, L'EVOLUTION DA/DT-K#M#A#X, OBTENUE EN PRENANT UNE VITESSE MOYENNE DA/DT SUR LE CYCLE, EST IDENTIQUE A CELLE OBSERVEE EN FLUAGE PUR. NOUS AVONS IDENTIFIE LES CINETIQUES D'OXYDATION EN SURFACE ET PENETRANTE SUR EPROUVETTES LISSES. UN FORT COUPLAGE ENTRE LA CINETIQUE D'OXYDATION PENETRANTE ET UN CHARGEMENT IMPOSE A AINSI ETE QUANTIFIE. DES ESSAIS DE FISSURATION AVEC PREOXYDATION A HAUTE TEMPERATURE OU AVEC DES TRANSITOIRES DE CHARGEMENT A 650C, ONT MONTRE L'EXISTENCE D'UNE ZONE FRAGILISEE AU-DELA DE LA PENETRATION D'OXYDE. SUR LA BASE DE CES DONNEES EXPERIMENTALES, NOUS PROPOSONS DEUX CALCULS DE CROISSANCE DE FISSURE DISCONTINUE POUR MODELISER LES FORTES VITESSES DE FISSURATION SOUS AIR. DANS UN PREMIER MODELE, LA VITESSE DE FISSURATION RESULTE DE LA RUPTURE D'UN OXYDE FORME EN POINTE DE FISSURE. LA VITESSE DE FISSURATION EST DONC DEDUITE DE LA CINETIQUE D'OXYDATION COUPLEE AU CHARGEMENT EN POINTE DE FISSURE. LE SECOND MODELE EST UN EPUISEMENT DE DUCTILITE: LA FISSURE AVANCE SUR LA DISTANCE OU LE CHARGEMENT MECANIQUE DEPASSE LA DUCTILITE. L'HYPOTHESE D'UNE ACTION DEGRADANTE DE L'ENVIRONNEMENT AMPLIFIEE PAR UN CHARGEMENT A L'ORIGINE DES FORTES VITESSES DE FISSURATION OBSERVEES A BASSE FREQUENCE SOUS AIR EST CONFIRMEE PAR LE BON ACCORD ENTRE LES CALCULS ET L'EXPERIENCE

CETTE ETUDE PORTE SUR LE COMPORTEMENT EN FISSURATION A 750\C DE SUPERALLIAGES A BASE DE NICKEL POUR DISQUES DE TURBINE. CES ALLIAGES AVAIENT SURTOUT ETE AMPLEMENT ETUDIES JUSQU'AUX TEMPERATURES DE 600-650\C MAIS LE DEVELOPPEMENT DES NOUVEAUX MOTEURS NECESSITE UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES INTERACTIONS POSSIBLES ENTRE LES DIFFERENTS FACTEURS QUE SONT LA FATIGUE, LE FLUAGE ET L'OXYDATION QUI GOUVERNENT L'ENDOMMAGEMENT AUX PLUS HAUTES TEMPERATURES. A 750\C, LE MODE DE FISSURATION INTERGRANULAIRE ENTRAINE UNE FORTE SENSIBILITE DES ALLIAGES AUX PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX. UNE ETUDE DE FOND A ETE CONDUITE SUR LES INTERACTIONS FATIGUE-FLUAGE SUR UNE MICROSTRUCTURE DE REFERENCE D'UN ALLIAGE : L'ASTROLOY ATGP3. LES TENDANCES OBSERVEES ONT ETE VALIDEES SUR D'AUTRES MICROSTRUCTURES DE CE MATERIAU OU SUR D'AUTRES ALLIAGES : LE N18 OU SUR LE NR3 RECEMMENT DEVELOPPE PAR L'ONERA. L'ETUDE A ETE ABORDEE EN DECOUPLANT LES EFFETS DE FLUAGE ET D'OXYDATION, TOUS DEUX THERMIQUEMENT ACTIVES, PAR UNE CARACTERISATION EN FATIGUE-FLUAGE SOUS VIDE. LA METHODE EXPERIMENTALE MISE AU POINT, BASEE SUR LE SUIVI ELECTRIQUE DE LA FISSURE, A PERMIS DE DISTINGUER LA PROPAGATION A CHAQUE REMISE EN CHARGE DE CELLE SURVENANT PENDANT LE PALIER POUR LES SPECTRES DE CHARGEMENT TRAPEZOIDAUX APPLIQUES. DES INTERACTIONS ENTRE L'ENDOMMAGEMENT CYCLIQUE ET STATIQUE ONT AINSI PU ETRE IDENTIFIEES ET QUANTIFIEES POUR ABOUTIR A UN MODELE PHENOMENOLOGIQUE DE PROPAGATION QUI INTEGRE LES PARAMETRES DE FISSURATION QUE SONT LA FORME DU SPECTRE DE CHARGEMENT ET LE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE. PAR AILLEURS, DES ESSAIS SOUS AIR ONT ETE CONDUITS POUR PERMETTRE D'IDENTIFIER LES EFFETS COMPLEXES DE L'ENVIRONNEMENT A 750\C. L'EVOLUTION DE LA PRECIPITATION GAMMA PRIME INTRAGRANULAIRE

LE TRAVAIL A PORTE SUR LA RESISTANCE A LA PROPAGATION DES FISSURES A CHAUD DANS UN SUPERALLIAGE A BASE DE NICKEL, LE N18. CET ALLIAGE A ETE RECEMMENT DEVELOPPE PAR LA SNECMA EN VUE DE LA FABRICATION DE DISQUES DE TURBOMACHINE. LES RESULTATS INDIQUENT QUE L'EFFET DE L'ENVIRONNEMENT EST LE PRINCIPAL FACTEUR D'ENDOMMAGEMENT EN FATIGUE ET FATIGUE-FLUAGE. IL FAVORISE L'APPARITION D'UN MODE DE RUPTURE INTERGRANULAIRE. ON MONTRE, PARALLELEMENT, QUE LES PREMIERS INSTANTS DE L'OXYDATION DE L'ALLIAGE CORRESPONDENT A LA FORMATION D'UN OXYDE DU TYPE (NI,CO,O), NON PASSIVANT, CE, MALGRE LA FORTE TENEUR EN CHROME DE L'ALLIAGE (23%AT. DANS LA MATRICE ). ON MET EN EVIDENCE L'EXISTENCE D'UNE PRESSION PARTIELLE D'OXYGENE DE TRANSITION, DE L'ORDRE DE 10#-#6 ATM., EN DECA DE LAQUELLE TOUT EFFET FRAGILISANT DE L'ENVIRONNEMENT CESSE. CELA S'ACCOMPAGNE D'UN CHANGEMENT DANS LE MODE D'OXYDATION DE L'ALLIAGE: CELUI-CI DEVIENT CHROMEFORMEUR. L'EFFET DE L'ENVIRONNEMENT AGIT DE FACON TOTALEMENT COUPLEE A LA MECANIQUE. CELA SE TRADUIT PAR DEUX PHENOMENES MARQUANTS, LORSQUE LA PRESSION PARTIELLE D'OXYGENE EST SUPERIEURE A LA PRESSION DE TRANSITION: SON EFFET FRAGILISANT EST LARGEMENT ACCRUE LORSQUE LE CHARGEMENT MECANIQUE COMPORTE UNE COMPOSANTE STATIQUE IMPORTANTE (L'EFFET D'UN TEMPS DE MAINTIEN A LA CHARGE MAXIMUM DU CYCLE DE FATIGUE EST PLUS IMPORTANT QUE CELUI DE LA FREQUENCE DU CYCLE). LA RESISTANCE A LA PROPAGATION DES FISSURES PEU ETRE TRES AFFECTEE PAR LA MICROSTRUCTURE DE L'ALLIAGE ET EN PARTICULIER, PAR LA PRESENCE DE PRECIPITES ' D'UNE TAILLE INFERIEURE A 100 NM, PRES DES JOINTS DE GRAINS DE L'ALLIAGE. L'EFFET DE LA MICROSTRUCTURE EST SURTOUT SENSIBLE EN PRESENCE D'UN CHARGEMENT AYANT COMPOSANTE STATIQUE IMPORTANTE. ON CONCLU QUE LE MECANISME DE RUPTURE LE PLUS ENDOMMAGEANT EST CELUI FAISANT INTERVENIR UN COUPLAGE ENTRE LE FLUAGE ET L'EFFET DE L'ENVIRONNEMENT, LOCALISE AU NIVEAU DES JOINTS DE GRAINS DE L'ALLIAGE. ON EMET L'HYPOTHESE QUE CE MECANISME DE RUPTURE EST UN PHENOMENE DE GLISSEMENT INTERGRANULAIRE FAVORISE PAR LA PRESENCE D'OXYGENE DANS LES JOINTS DE GRAINS, LAQUELLE SERAIT UNE CONSEQUENCE DU MODE D'OXYDATION DE L'ALLIAGE

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

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

RECHERCHE D'UN PARAMETRE DE CHARGEMENT SUSCEPTIBLE DE REPRESENTER CORRECTEMENT LA PROPAGATION DE FISSURES A HAUTE TEMPERATURE. DANS CE CAS, LE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTE K EST LE PARAMETRE QUI PERMET LES MEILLEURS CORRELATIONS ENTRE VITESSE DE PROPAGATION ET VARIABLES EXPERIMENTALES. ACTION DE L'OXYGENE SUR LA PROPAGATION. MODELISATION DE LA PROPAGATION EN FLUAGE ET FATIGUE-FLUAGE

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.