L'alliage N19 est un superalliage base nickel, élaboré par métallurgie des poudres, qui a été développé récemment en vue d'une application pour disques de turbine aéronautique. L'objectif de cette étude est d'optimiser la microstructure de cet alliage en agissant sur les paramètres de traitements thermiques pour améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage. Une bonne compréhension des relations entre les paramètres de traitements thermiques et la microstructure, d'une part, et, des relations entre la microstructure et les propriétés mécaniques, d'autre part, est donc nécessaire. De nombreux traitements thermiques ont été appliqués à l'alliage N19 pour évaluer l'effet de la température de mise en solution, des conditions de refroidissement et de la température de revenu sur la taille de grains, et sur la taille et la distribution des précipités gamma prime. L'observation des microstructures en microscopie électronique à balayage et en transmission a permis d'évaluer l'effet des différentes étapes du traitement thermique sur les caractéristiques microstructurales de l'alliage. L'effet de ces modifications microstructurales sur la vitesse de propagation de fissure en fatigue-fluage à 650°C a été étudié. Les résultats de ces essais de propagation de fissure en fatigue-fluage ont été analysés à l'aide d'essais de comportement en fatigue-relaxation. Une synthèse des différentes propriétés mécaniques de l'alliage en fonction des paramètres de traitements thermiques et des caractéristiques microstructurales a été proposée.

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

AFIN D'AMELIORER LA RESISTANCE A LA PROPAGATION DES FISSURES EN FATIGUE DANS LES ALLIAGES POUR DISQUES, NOUS AVONS ETUDIE, SUR L'ASTROLOY ELABORE PAR METALLURGIE DES POUDRES, A LA FOIS LES CONDITIONS DE FORMATION DES JOINTS DE GRAINS DENTELES ET LES CONSEQUENCES DE CE CHANGEMENT DE MICROSTRUCTURE SUR LA RESISTANCE A LA FISSURATION SOUS AIR A 750 DEGRES CELSIUS. L'ONDULATION DES JOINTS DE GRAINS EST OBTENUE PAR UN TRAITEMENT DE TYPE SUPERSOLVUS SUIVI D'UN REFROIDISSEMENT LENT. L'AMPLITUDE DES DENTELURES, QUI EST FONCTION DE LA CINETIQUE DE CROISSANCE DES GAMMA PRIME PRIMAIRES POUSSANT LE JOINT DE GRAINS, PEUT ETRE CONTROLEE EN AJUSTANT LA VITESSE DE REFROIDISSEMENT, AINSI QUE LA TEMPERATURE DE DEBUT ET DE FIN DE REFROIDISSEMENT AU FOUR. LES CONDITIONS DE PRECIPITATION IMPOSEES PAR LE REFROIDISSEMENT LENT, FAVORISENT LA CROISSANCE DENDRITIQUE DES GAMMA PRIME PRIMAIRES. CES MEMES CONDITIONS RENDENT AUSSI POSSIBLE, PRES DES JOINTS GENERAUX, LA PRECIPITATION DU GAMMA PRIME ASSOCIE AUX DENTELURES PAR REACTION DISCONTINUE. EN PLASTICITE GENERALISE, LA MICROSTRUCTURE A JOINTS DE GRAINS DENTELES SE REVELE PLUS DUCTILE QUE LA MICROSTRUCTURE JOINTS DE GRAINS LISSES EN FLUAGE MAIS PAS EN TRACTION. EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE, LA DEFORMATION EST ACCOMMODEE DE FACON PLUS HOMOGENE SUR L'ECHANTILLON A JOINTS DENTELES, COMPORTANT DES PARTICULES GROSSIERES, QUE SUR CELUI A JOINTS DENTELES ONT TOUJOURS UNE RESISTANCE A LA FISSURATION SUPERIEURE A CELLE DES ECHANTILLONS A JOINTS LISSES. DANS LES CONDITIONS DE FATIGUE-FLUAGE, LES ECHANTILLONS A JOINTS LISSES. ON ASSOCIE CE COMPORTEMENT A UNE PLUS GRANDE HOMOGENEITE DE LA DEFORMATION DANS LE MATERIAU A JOINTS DENTELES. AU-DELA D'UN CERTAIN SEUIL, L'AUGMENTATION DE L'AMPLITUDE DES DENTELURES NE MODIFIE PAS LA VITESSE DE FISSURATION. CELA POURRAIT S'EXPLIQUER PAR LA PRESENCE DANS CHAQUE MICROSTRUCTURE D'UNE FRACTION VOLUMIQUE DE GAMMA PRIME GROSSIERS A PEU PRES EQUIVALENTE. CEPENDANT LA MODE DE FISSURATION EVOLUE D'INTERGRANULAIRE A TRANSGRANULAIRE POUR DES AMPLITUDES DE DENTELURES CROISSANTES

Une boucle d'optimisation permettant d'optimiser le traitement thermique vis-à-vis de la durée de vie en fatigue d'un disque de turbine haute pression en superalliage à base de nickel N18 a été construite. Cette boucle comporte trois calculs par éléments finis et un post-processing de la durée de vie. Le premier calcul est un calcul thermique qui permet de déterminer l'évolution de la température au cours du traitement thermique en tout point du disque. Le second est un calcul de microstructure qui donne les paramètres microstructuraux, c'est-à-dire le rayon équivalent et la fraction volumique des différentes populations de précipités, en fonction de l'évolution de la température simulée lors du premier calcul. Le troisième calcul consiste à obtenir la réponse mécanique du disque à la sollicitation qu'il subit en service, le comportement en chaque point de Gauss étant dépendant des paramètres microstructuraux résultant du traitement thermique. Afin de construire cette boucle, un modèle de précipitation a été implémenté dans le code ZeBuLoN et calibré pour le N18 à gros grains. De plus, l'influence de la microstructure fine sur le comportement et la résistance en fatigue a été étudiée au moyen d'essais mécaniques spécifiques conduits à 450°C. Ces essais ont montré que la microstructure intragranulaire n'a a priori pas d'influence sur la fonction de durée de vie développée pour les matériaux pour disque. Mais elle a par contre une influence très importante sur la limite d'élasticité du matériau, qui a elle-même une influence directe sur la contrainte moyenne au cycle stabilisé. Et la contrainte moyenne est l'un des paramètres clés gouvernant la résistance en fatigue du matériau. Un modèle multiéchelle a par ailleurs été construit afin de mieux comprendre le rôle de la microstructure fine sur le comportement en fatigue. La boucle d'optimisation intègre un modèle phénoménologique et montre qu'un refroidissement plus lent, aboutissant à une limite d'élasticité plus basse au point critique du disque, permet d'allonger la durée de vie. Cependant, la tenue à l'éclatement constitue aussi un critère dimensionnant du disque et celle-ci requiert quant à elle une bonne résistance mécanique du matériau.

INFLUENCE DE LA MICROSTRUCTURE DE 3 SUPERALLIAGES FRITTES DESTINES A L'INDUSTRIE AERONAUTIQUE SUR LEURS CARACTERISTIQUES EN TRACTION ET EN FLUAGE EN VUE D'OPTIMISER LEUR TRAITEMENT THERMIQUE. ETUDE DE L'ORIGINE ET DE L'ENDOMMAGEMENT PAR FLUAGE A 650 C SUR 2 TYPES DE GEOMETRIE D'EPROUVETTES: LISSES ET ENTAILLEES A EVIDEMMENT CIRCULAIRE. LA DEFORMATION INTRAGRANULAIRE SEMBLE ETRE LE MOTEUR DE LA NUCLEATION ET DE LA CROISSANCE DES CAVITES. LES 3 MATERIAUX ETUDIES PRESENTENT DES CARACTERISTIQUES D'ENDOMMAGEMENT TRES DIFFERENTES