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

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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

La fissuration intergranulaire par corrosion sous contrainte affecte depuis plusieurs décennies certaines pièces en alliage 600 (NC15FE) des réacteurs nucléaires à eau sous pression, telles que les tubes de générateur de vapeur et les manchettes d'adaptateur pour couvercle de cuve, exposées pendant plusieurs dizaines de milliers d'heures au milieu primaire (eau pure désaérée, additionnée d'hydrogène, de bore et de lithium entre 290 et 325°C). L'objectif de l'étude est une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la fissuration, en particulier des interactions entre les sollicitations mécaniques locales et les effets d'environnement liés à la présence d'un milieu oxydant. Des essais de propagation de fissure sur éprouvettes CT ont été réalisés en fatigue continue et en fatigue fluage. L'analyse des résultats a porté sur les sollicitations mécaniques locales (calcul par éléments finis), les modes d'oxydation (expertises par microscopie électronique en transmission) et les interactions entre l'environnement et le comportement mécanique du matériau (essais sur produit mince). La propagation de fissure intergranulaire à 550°C sous différentes pressions partielles d'oxygène a été reliée à un endommagement de fluage. La formation d'oxydes riches en nickel et/ou en fer accélère le fluage dislocation à proximité de la surface. Elle étend alors le domaine de rupture intergranulaire vers les vitesses de déformation locales plus élevées imposées en fatigue continue. Des résultats analogues ont été obtenus à 400°C. Les essais en présence d'eau désaérée (vapeur à 400°C, milieu primaire à 320°C) ont également conduit à une propagation de fissure intergranulaire et à la formation d'oxydes riches en nickel. Les faciès de rupture sont identiques à ceux obtenus en corrosion sous contrainte. Une activation locale du fluage dislocation par les réactions d'oxydation est également envisagée pour rendre compte des résultats expérimentaux

L'ALLIAGE N18 EST UTILISE POUR LA FABRICATION DES DISQUES DE TURBINE DES MOTEURS M88. CE SUPERALLIAGE BASE NI, ELABORE PAR METALLURGIE DES POUDRES (MDP), ASSOCIE UNE BONNE MISE EN UVRE A DES PROPRIETES MECANIQUES STATIQUES TRES ELEVEES AU-DELA DE 650\C. LA DIFFICULTE DANS LA MAITRISE DES ALLIAGES OBTENUS PAR MDP, RESIDE DANS LE CONTROLE DU TAUX D'INCLUSIONS ENTRAINEES PENDANT L'ELABORATION. LA PRESENCE, MEME EXTREMEMENT FAIBLE, DE CES DEFAUTS MICROSTRUCTURAUX (

LA TENUE DES MOTEURS D'AVIONS PASSE DE PLUS EN PLUS PAR LES ANALYSES DE DUREES DE VIE SOUS SOLLICITATIONS DE SERVICE, FAISANT INTERVENIR, EN PARTICULIER, LES PHENOMENES DUS AUX TEMPERATURES ELEVEES. UNE NOUVELLE LOI DE PROPAGATION DES FISSURES EST ELABOREE, AVEC POUR OBJECTIF LES ANALYSES SYSTEMATIQUES DES DISQUES DE TURBINE. ELLE EST DETERMINEE ET UTILISEE SUR UN ALLIAGE POUR DISQUES, L'ASTROLOY (METALLURGIE DES POUDRES), A 650C. CETTE LOI A CARACTERE PHENOMENOLOGIQUE EST CONSTRUITE EN CHERCHANT A RENDRE COHERENTES DES OBSERVATIONS DE NATURES DIFFERENTES (EXPERIMENTALE, NUMERIQUE ET PHYSIQUE). EN PARTICULIER, ELLE S'APPUIE SUR: 1) UN VASTE PROGRAMME EXPERIMENTAL, MENE EN CONCERTATION ENTRE L'ONERA, L'ENSMP ET LA SNECMA, QUI A PERMIS, ENTRE AUTRES, DE METTRE EN EVIDENCE LES EFFETS DES TEMPS DE MAINTIEN A HAUTE TEMPERATURE, 2) UN ENSEMBLE DE SIMULATIONS NUMERIQUES MENEES EN VISCOPLASTICITE CYCLIQUE AVEC UN CODE D'ELEMENTS FINIS. LES PHENOMENES D'OUVERTURE-FERMETURE ET DE REDISTRIBUTIONS DE CONTRAINTES SONT ETUDIES EN DETAIL EN FONCTION DE LA PROPAGATION DE LA FISSURE (METHODE DE RELACHEMENT DES NUDS), 3) DES OBSERVATIONS FAITES PAR AILLEURS SUR LES CINETIQUES D'OXYDATION ET LEUR INFLUENCE SUR LA FRAGILISATION DU MATERIAU. UN MODELE DE PROPAGATION EST AINSI ELABORE DANS LE CADRE DE LA MECANIQUE LINEAIRE DE LA RUPTURE, EN COMBINANT PROPAGATION PAR FATIGUE ET PAR FLUAGE, EFFET MECANIQUE DE RELAXATION DU SEUIL DE NON-PROPAGATION ET EFFET DE FRAGILISATION PAR OXYDATION EN TETE DE FISSURE. IL PERMET DE TRADUIRE FIDELEMENT LA PROPAGATION SOUS DES CYCLES DE CHARGEMENT DE FORME COMPLEXE, FAISANT INTERVENIR DES PHASES DE MAINTIEN AU COURS DES TRANSITOIRES DE DECHARGE

L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE SUR DE LA PROPAGATION DES FISSURES PAR FATIGUE A HAUTE TEMPERATURE DANS L'ALLIAGE 718 EST D'UNE PART DE S'APPROCHER DES CONDITIONS REELLES D'UTILISATION ET D'AUTRE PART DE CONTRIBUER A LA COMPREHENSION DE L'EFFET D'UN TEMPS DE MAINTIEN PENDANT UN CYCLE DE FATIGUE. LE PREMIER ASPECT EST ABORDE PAR L'UTILISATION D'UNE PIECE INDUSTRIELLE REELLE (DISQUE DE TURBINE) DE LA PRODUCTION DE SNECMA MOTEURS. DES ESSAIS DE PROPAGATION EN FATIGUE-FLUAGE A 650\C SUR EPROUVETTES CT (FISSURES LONGUES 2D) AINSI QUE SUR EPROUVETTES KB 2.5 (PETITES FISSURES SEMI-CIRCULAIRES) MONTRENT UNE FORTE INTERACTION ENTRE L'ORIENTATION DU FRONT DE FISSURE ET LE FIBRAGE INDUIT PAR LES OPERATIONS DE MISE EN FORME. LORSQUE LE FRONT DE FISSURE EST PERPENDICULAIRE AU FIBRAGE, LE DELAMINAGE TRANSVERSE DES EPROUVETTES LE LONG D'ALIGNEMENTS DE PHASES ANNULE TOUT EFFET ACCELERATEUR DU TEMPS DE MAINTIEN. LORSQUE LE FRONT DE FISSURE SE PROPAGE ENTRE LES NAPPES DE PHASE , L'EFFET DE TEMPS DE MAINTIEN EST TRES MARQUE. SUR DEFAUT 3D, UNE FORTE ANISOTROPIE DE LA VITESSE DE PROPAGATION EST OBSERVEE, LIEE AUX EFFETS D'ENVIRONNEMENT CAR ABSENTE SOUS VIDE. POUR LE SECOND ASPECT, L'APPLICATION DE CHARGEMENTS MECANIQUES PLUS PROCHES DE LA REALITE QUE LE CYCLE DE FATIGUE-FLUAGE MONTRE QUE LA SENSIBILITE AU TEMPS DE MAINTIEN PEUT ETRE FORTEMENT REDUITE DES QU'ON DECHARGE MECANIQUEMENT L'EPROUVETTE AVANT L'APPLICATION DU PALIER (CYCLE AVEC PIC DE CONTRAINTE). DES 20% DE DECHARGE, L'EFFET D'UN TEMPS DE MAINTIEN DE 300S EST ANNULE. LA SIMULATION NUMERIQUE DE CE TYPE DE CHARGEMENT MONTRE QUE LES EFFETS D'ENVIRONNEMENT SONT ANNIHILES PAR UNE RELAXATION RAPIDE DES CONTRAINTES ET UNE FORTE DIMINUTION DE LA VITESSE DE DEFORMATION, EMPECHANT LE TRANSPORT DES ESPECES FRAGILISANTES DANS LE MATERIAU. DE PLUS, ON MONTRE QUE LA VARIATION DE LA TEMPERATURE PENDANT LE TEMPS DE MAINTIEN PEUT EGALEMENT MENER A UN FORT RALENTISSEMENT DE LA VITESSE DE PROPAGATION PAR RAPPORT A DES CONDITIONS ISOTHERMES.