LES MECANISMES DE DEFORMATION A GRANDE VITESSE, INDUITS PAR CHOC LASER A TEMPERATURE AMBIANTE, SONT ANALYSES DANS DU WASPALOY MONOCRISTALLIN 001, SUPERALLIAGE BASE NICKEL DONT LA FRACTION VOLUMIQUE PRECIPITEE EST DE L'ORDRE DE 25 POUR-CENT. ILS SONT COMPARES AUX MODES DE DEFORMATION OBTENUS PAR SOLLICITATIONS CONVENTIONNELLES (QUASI-STATIQUES) ET PRESENTES DANS LA LITTERATURE. DEUX TAILLES DE PRECIPITES (25 NM ET 100 NM) ONT ETE ETUDIEES. L'OBSERVATION EN MICROSCOPIE OPTIQUE, LES PROFILS DE RUGOSITE ET LES MESURES LOCALES DES CONTRAINTES ONT REVELE L'HETEROGENEITE DU TRAITEMENT PAR CHOC LASER. L'ATTENUATION DE L'ONDE DE PRESSION DANS LE MATERIAU EST SIMULEE A L'AIDE D'UN CODE DE CALCUL HYDRODYNAMIQUE BIDIMENSIONNEL EFHYD. LES OBSERVATIONS METALLIQUES EFFECTUEES A DIFFERENTES PROFONDEURS SONT CORRELEES AUX CONTRAINTES SUBIES PAR LE MATERIAU ET CALCULEES PAR LE CODE. LES CONFIGURATIONS DE CISAILLEMENT DES PRECIPITES (NI#3AL) ONT ETE ETUDIEES EN UTILISANT LA TECHNIQUE DU CHAMP FAIBLE. LES OBSERVATIONS ONT MONTRE QUE LES PRECIPITES ETAIENT CISAILLES PAR DES CONFIGURATIONS FAISANT INTERVENIR DES DEFAUTS D'EMPILEMENT DE SUPERRESEAUX, PROCESSUS DE CISAILLEMENT JAMAIS RENCONTRE DANS LA LITTERATURE A DES TEMPERATURES EN DESSOUS D'UNE TEMPERATURE DE 700C. OR, CES DEFAUTS ONT ETE EGALEMENT OBSERVES, APRES TRACTION QUASI-STATIQUE A TEMPERATURE AMBIANTE, PAR LE WASPALOY. CONTRAIREMENT AUX IDEES RECUES, LA TEMPERATURE NE JOUE PAS UN ROLE MOTEUR POUR LA FORMATION DE CE DEFAUT. LES DEFAUTS D'EMPILEMENT DE SURSTRUCTURE OBTENUS APRES CHOC LASER SONT DE NATURE EXTRINSEQUE. CE RESULTAT EST COHERENT AVEC LA NATURE DES BOUCLES OBTENUS LORS D'UN ESSAI DE COMPRESSION A HAUTE TEMPERATURE

CE TRAVAIL CONCERNE UN SUPERALLIAGE BASE NICKEL DE LA DERNIERE GENERATION (LE MC2) ELABORE PAR L'ONERA. C'EST UN MATERIAU BIPHASE /' DONT LA PHASE DURCISSANTE ', ORDONNEE DE STRUCTURE L1#2 A LA FORME DE CUBES DE 0,4M D'ARETE. LA PHASE QUI EST DESORDONNEE ENVELOPPE LA PHASE '. LA TECHNIQUE UTILISEE EST LA DEFORMATION IN SITU DANS UN MICROSCOPE ELECTRONIQUE QUI PERMET D'OBSERVER LES EVOLUTIONS DE LA MICROSTRUCTURE DE DISLOCATIONS SOUS CONTRAINTE ET EN TEMPERATURE. POUR EVALUER LA CONTRIBUTION DE LA PHASE A LA RESISTANCE DU BIPHASE, UN MATERIAU DE MEME COMPOSITION ( MONOPHASE) A ETE ELABORE ET ETUDIE PAR DIFFERENTES TECHNIQUES. NOUS MONTRONS QUE CETTE PHASE SE DEFORME A 20C PAR DES EMPILEMENTS DE DIZAINES DE DISLOCATIONS QUI SONT LA SIGNATURE D'UNE FORCE DE FICTION IMPORTANTE DE L'ORDRE DE 2,2 FOIS LA LIMITE D'ELASTICITE. A HAUTE TEMPERATURE LA DEFORMATION DE CETTE PHASE EST BEAUCOUP PLUS HOMOGENE. L'ETUDE PAR CETTE TECHNIQUE DU MATERIAU BIPHASE A DONNE DES RENSEIGNEMENTS SUR LA CINETIQUE DE MECANISMES DEJA SIGNALES DANS LA LITTERATURE (PAR EXEMPLE LE CISAILLEMENT DES PRECIPITES PAR DES SUPERSCHOCLEYS). ELLE A AUSSI PERMIS DE DECOUVRIR DES MECANISMES NOUVEAUX: ? LA FORMATION, A 20C, D'EMPILEMENTS DE DISLOCATIONS SUR LES INTERFACES ET A L'ENTREE DES COULOIRS DE MATRICE LES PLUS ETROITS ; ? LA MULTIPLICATION DES DISLOCATIONS, A 850C, PAR FORMATION DE BOUCLES PAR GLISSEMENT DEVIE DES PARTIES VIS. LES CONTRAINTES CRITIQUES DANS LES DIFFERENTS LIEUX DE RESISTANCE DE CE MATERIAU ONT ETE EVALUEES ET LA FLEXIBILITE DES DISLOCATIONS A ETE CALCULEE. LA CONTRAINTE EFFECTIVE AGISSANT SUR CES DISLOCATIONS COMPREND, A HAUTE TEMPERATURE, UNE COMPOSANTE DUE AU DESACCORD PARAMETRIQUE ENTRE LES PHASES ET '. CETTE COMPOSANTE A AUSSI ETE EVALUEE PAR UN CALCUL AUX ELEMENTS FINIS QUI TIENT COMPTE DE LA MORPHOLOGIE REELLE DE CE MATERIAU BIPHASE

Dans le cadre du développement des Réacteurs à Haute Température (RHT), un des systèmes retenus pour la quatrième génération de centrale nucléaire, l'utilisation d'un cycle indirect est envisagée. Ce type d'installation, utilisant de l'hélium comme caloporteur, nécessite un échangeur intermédiaire de chaleur (Intermediate Heat eXchanger, IHX) le plus compact possible entre les circuits primaire et secondaire. Les contraintes imposées par la conception ainsi que les conditions sévères d'utilisation pour ce type d'installation (température maximale 850°C à 950°C, durée de vie 20000 h) ont orienté le choix des matériaux constitutifs de l'IHX vers deux alliages base nickel en solution solide : l'Inconel 617 et le Haynes 230. Le premier matériau a été largement étudié dans les années 1980 lors du projet allemand sur les RHT car possédant de bonnes propriétés mécaniques et en corrosion à haute température mais sa forte teneur en cobalt potentiellement activable est à considérer. Le Haynes 230, plus récent, possède des caractéristiques similaires à celles de l'alliage 617, le cobalt ayant été remplacé par du tungstène. L'objectif de cette thèse est d'étudier le comportement mécanique à haute température de ces deux alliages en relation avec les évolutions de leur microstructure. Les observations microstructurales à l'état de réception révèlent la présence de carbures primaires (M6C), la majorité étant répartie de manière homogène. Des carbures secondaires M23C6, peu nombreux, sont visibles à l'état de réception pour les deux matériaux. Les vieillissements thermiques imposés aux alliages à 850°C permettent une précipitation importante de carbures M23C6 sur les lignes de glissement et aux joints de grains, la taille de ces carbures augmentant et leur nombre réduisant avec la durée de traitement. A 950°C, l'évolution microstructurale conduit à une précipitation intragranulaire beaucoup plus limitée et à une évolution intergranulaire plus importante. Pour les deux matériaux, les observations de la microstructure et les résultats de dureté montrent que la majorité des évolutions microstructurales se produisent avant 1000 h aux deux températures étudiées. Les caractéristiques mécaniques de ces alliages ont été testées en traction, en fluage et en fatigue et fatigue relaxation. En particulier, les propriétés à 850°C et 950°C ont été étudiées pour différentes charges (en fluage), vitesses de déformation (en traction) et durées de relaxation (fatigue relaxation). Les effets d'un traitement initial ont également été étudiés, tels que l'effet d'un vieillissement thermique testé en fluage et traction et l'effet d'une prédéformation sur le fluage. Il ressort de cette étude que différents mécanismes de déformation sont mis en jeu successivement ou en parallèle au cours des essais réalisés. Ainsi, l'importance de la précipitation des carbures sur les propriétés mécaniques de l'Inconel 617 et du Haynes 230 a pu être démontrée, malgré leur statut d'alliages en solution solide. Par ailleurs, un même mécanisme thermiquement activé opère sur une très large gamme de vitesses de déformation, correspondant aux essais de traction, fluage et relaxation. Cette mise en relation entre microstructure et propriétés mécaniques permet de déterminer les avantages de chaque alliage ainsi que leurs limites d'utilisation dans le cadre de la fabrication d'un échangeur de chaleur de centrale nucléaire.

Cet ouvrage traite une étude expérimentale et modélisation du comportement mécanique des alliages modèles nickel niobium au cours de leurs déformation à chaud. Ceci menera à améliorer les connaissances actuelles sur la déformation à chaud des superalliages à base de nickel, destinés pour la fabrication des disques de turbines (terrestres, aéronautique ou autres). L'objectif principal est d'établir l'influence de la teneur en niobium en solution solide sur le comportement de déformation à chaud d'alliages binaires de haute pureté à base de nickel. Pour ce faire, différents matériaux modèles Ni-Nb (Ni-0,01, 0,1, 1, 2, 5 et 10%Nb, + Ni pur), ont été élaborés et déformés en torsion à chaud à différentes températures (800, 900 et 1000°C) et vitesses de déformation (0.03, 0.1 et 0.3 s-1). Cette large gamme de conditions expérimentales est en mesure de déterminer les caractéristiques rhéologiques essentielles et l'influence de l'addition de niobium sur le comportement de la recristallisation dynamique, de caractériser les microstructures et microtextures de ces alliages par la technique moderne EBSD, et de proposer un concept de quantification de la taille des grains via le modele DDRX.

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 DE COMPRENDRE LES MECANISMES STRUCTURAUX DE DEFORMATION DANS LES SUPERALLIAGES MONOCRISTALLINS SOUS FATIGUE OLIGOCYCLIQUE NOUS AVONS REALISE DES ESSAIS A 950C (1223K), A LA FREQUENCE 0.25HZ, A DEFORMATION TOTALE IMPOSEE AVEC R#E#P#S#I#L#O#N-EPSILON#M#I#N/EPSILON#M#A#X = 0 OU -1, SELON L'AXE CRISTALLOGRAPHIQUE 001. EN FATIGUE R#E#P#S#I#L#O#N=0, NOUS DEGAGEONS UN COMPORTEMENT GENERAL DES MICROSTRUCTURES DE DEFORMATION EN FONCTION DE DEUX PARAMETRES QUI SONT LA DEFORMATION TOTALE IMPOSEE ET LE NOMBRE DE CYCLES. AINSI, UNE SIMPLE TRACTION PROVOQUE LA LOCALISATION DE RESEAUX DE DISLOCATIONS AUX INTERFACES MATRICE/PRECIPITE PERPENDICULAIRES A 001 DE TELLE MANIERE QUE LES DISLOCATIONS EXCITEES SOIENT CELLES QUI RELAXENT L'ECART PARAMETRIQUE. PLUS LA DEFORMATION TOTALE IMPOSEE EST FORTE OU PLUS LE NOMBRE DE CYCLES EST GRAND, PLUS LA DEFORMATION SE REPARTIT DE FACON HOMOGENE (EXTENSION AUX COULOIRS VERTICAUX) TOUT EN REDUISANT L'ECART PARAMETRIQUE. UNE COALESCENCE DE TYPE N EST NOTE DES 200 CYCLES POUR LES PETITES QUANTITES DE DEFORMATION TOTALE IMPOSEE. EN FATIGUE R#E#P#S#I#L#O#N=-1, NOUS MONTRONS QUE LA COMPRESSION DEFORME LES COULOIRS VERTICAUX SANS APPARITION DE RESEAUX PUISQU'UN SEUL SYSTEME DE GLISSEMENT Y EST SOLLICITE. LA TRACTION DEFORME TOUJOURS LES COULOIRS HORIZONTAUX DE LA MEME MANIERE QU'EN FATIGUE REPETEE. NOUS MONTRONS PAR AILLEURS L'APPARITION EXTREMEMENT RAPIDE DE LA COALESCENCE DIRIGEE DE TYPE N (IDENTIQUE A CELUI OBTENU EN FLUAGE TRACTION POUR CE TYPE DE SUPERALLIAGE). LA SYNTHESE DE CES RESULTATS, ENRICHIE DE CONSIDERATIONS SUR L'EVOLUTION DES CONTRAINTES INTERNES (CONTRAINTES DE COHERENCE ET CONTRAINTES DUES A L'ECART PARAMETRIQUE) NOUS A PERMIS DE PROPOSER UN MODELE DE COMPORTEMENT QUI PREDIT (QUE CE SOIT EN FATIGUE R#E#P#S#I#L#O#N=0, R#E#P#S#I#L#O#N=-1, EN TRACTION OU COMPRESSION) LA NATURE ET LA LOCALISATION DES SYSTEMES DE GLISSEMENT ACTIVES AINSI QUE LA DISTRIBUTION QUALITATIVE DES CONTRAINTES INTERNES DU SUPERALLIAGE

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.