En service, les hélicoptères bi-turbines peuvent rencontrer des régimes d’urgence dits OEI : un moteur s’arrête ce qui provoque une augmentation de la température en sortie de chambre de combustion. Dans ce contexte, le comportement en fluage anisotherme du superalliage monocristallin MC2 a été étudié afin de comprendre les répercussions de surchauffes à 1200°C sous charge sur son comportement ultérieur en fluage à 1050°C. Des moyens d’essai spécifiques ont été développés pour caractériser le matériau dans des conditions thermiques représentatives. Les principales modifications après OEI sont l’apparition systématique d’un nouveau régime de fluage primaire, une vitesse de déformation en régime secondaire et une tolérance à l’allongement accrues. Ces modifications dépendent de la durée d’OEI et conduisent à un effet paradoxal sur un matériau préflué puisque les durées de vie post-OEI augmentent avec le temps de maintien à 1200°C. Les observations microstructurales montrent que le nouveau régime primaire découle des cinétiques de dissolution à 1200°C et de recoalescence à 1050°C de la phase ’ ; la vitesse de déformation et la tolérance à la déformation accrues sont attribuées à une modification des mécanismes de déformation. Pour rendre compte de ces résultats de façon satisfaisante, une loi viscoplastique de type Chaboche a été identifiée en isotherme, puis modifiée en anisotherme en introduisant deux nouvelles variables internes et une fonction de restauration.

Le MC2 est un superalliage base nickel monocristallin constitué d'une matrice austénitique gamma renforcée par des précipités intermétalliques ordonnés gamma'. Cet alliage est couramment utilisé pour des applications à très haute température telles que les aubes de turbines. Son comportement aux très hautes températures est ici étudié en abordant deux aspects. Une modification du comportement en fluage anisotherme à 1150°C, où apparaissent une augmentation de la vitesse de fluage et une diminution de la durée de vie, ainsi qu'une direction de coalescence orientée des radeaux à 45° de la contrainte appliquée. Des essais de fluage isothermes et anisothermes à 1150°C, 1100°C et 950°C ont été réalisés et comparés à des simulations par éléments finis. Les microstructures obtenues ont été observées en microscopie électronique en balayage et à transmission. Nous proposons des mécanismes qui s'appuient sur la dissolution des radeaux, la montée des dislocations et des échanges de lacunes

Nickel Base Single Crystals Across Length Scales is addresses the most advanced knowledge in metallurgy and computational mechanics and how they are applied to superalloys used as bare materials or with a thermal barrier coating system. Joining both aspects, the book helps readers understand the mechanisms driving properties and their evolution from fundamental to application level. These guidelines are helpful for students and researchers who wish to understand issues and solutions, optimize materials, and model them in a cross-check analysis, from the atomistic to component scale. The book is useful for students and engineers as it explores processing, characterization and design. - Provides an up-to-date overview on the field of superalloys - Covers the relationship between microstructural evolution and mechanical behavior at high temperatures - Discusses both basic and advanced modeling and characterization techniques - Includes case studies that illustrate the application of techniques presented in the book

DES ESSAIS DE FLUAGE EN TRACTION ONT ETE REALISES SUR LE SUPERALLIAGE MONOCRISTALLIN A BASE NICKEL CMSX-2, T.T. ONERA, 001, DANS LE BUT D'ETUDIER LE COMPORTEMENT MECANIQUE A CHAUD DE CE MATERIAU. A PARTIR DES LOIS MATHEMATIQUES DE FLUAGE ET DE RELAXATION DE LA CONTRAINTE, UN MODELE UNITAIRE DE COMPORTEMENT A ETE PROPOSE. L'EXAMEN PAR M.E.T. DES MICROSTRUCTURES FLUEES A PERMIS D'APPORTER UNE SIGNIFICATION PHYSIQUE AUX DIFFERENTS PARAMETRES DE LA LOI ET D'ESQUISSER UNE CARTOGRAPHIE DES MECANISMES PARTICIPANT A LA DEFORMATION, POUR DE FAIBLES TAUX PRECEDANT TOUTE COALESCENCE PRONONCEE DES PRECIPITES. DES EFFETS DE LA COMPOSITION CHIMIQUE, DES SOLLICITATIONS ET DES CARACTERISTIQUES DES PRECIPITES DURCISSANTS SUR LA TENUE EN FLUAGE DU CMSX-2 ONT ALORS ETE EXAMINES A LA FOIS SUR LE PLAN CINETIQUE ET SUR CELUI DES MECANISMES. CERTAINS COUPLAGES ENTRE LES DIFFERENTS EFFETS SONT APPARUS ENTRAINANT DE NOUVELLES REPARTITIONS DES MECANISMES DE DEFORMATION. L'ASYMETRIE TRACTION/COMPRESSION DU COMPORTEMENT EN FLUAGE, REVELEE PAR LA COMPARAISON DES MESURES DE VITESSES QUASI STATIONNAIRES, A EGALEMENT PU ETRE ASSOCIEE A DES DIFFERENCES DE MICROSTRUCTURES APRES DEFORMATION. DES ESSAIS DE FLUAGE EN CISAILLEMENT ONT MIS EN EVIDENCE LE ROLE DECISIF JOUE PAR LES PRECIPITES SUR LA REDISTRIBUTION LOCALE DU CHAMP DE CONTRAINTES MACROSCOPIQUE. CE DERNIER POINT A SOULIGNE UNE FOIS DE PLUS L'INTERET D'UNE ETUDE PLUS FONDAMENTALE DES INTERFACES GAMMA/GAMMA PRIME: L'ELABORATION PAR LA TECHNIQUE DE SOUDAGE-DIFFUSION ET LA CARACTERISATION D'INTERFACES SYNTHETIQUES ONT ETE ABORDEES DANS CETTE PERSPECTIVE

La tenue au fluage des aubes de turbine haute pression est une problématique de premier ordre vis-à-vis de la certification d'un turbomoteur d'hélicoptère. Les excellentes propriétés mécaniques à hautes températures des superalliages monocristallins base nickel en font les matériaux les plus utilisés pour la fabrication de ces aubes. Pour ces composants, les exigences réglementaires de certification imposent la réalisation d'essais anisothermes, plus sévères que les conditions de fonctionnement en service, basés sur le mixage de différents régimes de fonctionnement d'un hélicoptère. L'enjeu de cette thèse est de mieux prédire le comportement mécanique et la durée de vie de ces matériaux lors d'essais de certification des moteurs d'hélicoptères présentant des endommagements prépondérants de type fluage grâce à l'établissement d'un modèle de comportement et d'endommagement. Ce modèle doit intégrer les effets transitoires de comportement mécanique et les effets d'anisotropie ; il doit être prédictif en termes de durée de vie et doit être apte à modéliser de manière satisfaisante les allongements rencontrés lors de chargements complexes. Le premier objectif a été d'étudier l'impact de l'anisotropie cristalline sur les propriétés en fluage isotherme, puis son impact en conditions de fluage anisotherme à haute température. Le second objectif fut la formulation d'une modélisation mécanique du comportement en fluage sous trajets de chargements complexes à l'aide du modèle POLYSTAR, modèle de plasticité cristalline couplé comportement/endommagement et enrichi de nouvelles variables internes représentant explicitement les évolutions rapides de microstructure.

LES SUPERALLIAGES BASE NICKEL MONOCRISTALLINS REPONDENT PARFAITEMENT AUX EXIGENCES REQUISES POUR LES AUBES MOBILES DE TURBINE DANS LES MOTEURS D'AVION CAR ILS POSSEDENT UNE EXCELLENTE TENUE AU FLUAGE, A LA FATIGUE THERMIQUE ET UNE BONNE RESISTANCE A LA CORROSION JUSQU'A DES TEMPERATURES TRES ELEVEES. A HAUTE TEMPERATURE, CES MATERIAUX SOLLICITES EN FLUAGE VOIENT LEUR MICROSTRUCTURE, INITIALEMENT CONSTITUEE DE PRECIPITES CUBOIDAUX DE PHASE GAMMA PRIME DANS UNE MATRICE GAMMA, EVOLUER AU COURS DU TEMPS ET CONSTITUER DES RADEAUX. SELON LE TYPE DE SOLLICITATION (TENSION OU COMPRESSION) ET L'AXE CRISTALLOGRAPHIQUE SELON LEQUEL LA CONTRAINTE EST APPLIQUEE, UNE OU PLUSIEURS FAMILLES DE PLAQUETTES APPARAISSENT ET CONFERENT A L'ALLIAGE UNE RESISTANCE ACCRUE AU FLUAGE EN ORGANISANT L'ESPACE EXPLORABLE PAR LES DISLOCATIONS ET EN LIMITANT LEUR LIBRE PARCOURS MOYEN. CEPENDANT, UNE PREDEFORMATION EN COMPRESSION N'AMELIORE PAS LE COMPORTEMENT DU MATERIAU EN FLUAGE TENSION (OU VICE-VERSA) CAR L'ACCUMULATION DES DISLOCATIONS CONDUIT A UNE INSTABILITE ET PROVOQUE RAPIDEMENT LA RUINE DU MATERIAU. IL N'EST DONC PAS POSSIBLE DE DISSOCIER MORPHOLOGIE DE COALESCENCE ET STRUCTURES DE DISLOCATIONS INDUITES PAR LA DEFORMATION PLASTIQUE. ENFIN, LA LOI MACROSCOPIQUE DE SCHMID PREVOYANT LES SYSTEMES DE GLISSEMENT ACTIVES AU COURS DU FLUAGE DOIT ETRE UTILISEE AVEC PRUDENCE CAR CES ALLIAGES POSSEDENT UNE TRES FORTE FRACTION VOLUMIQUE DE GAMMA PRIME DONT LA PRESENCE MODIFIE PROFONDEMENT LA REPARTITION DES CONTRAINTES A L'ECHELLE MICROSCOPIQUE