NOUS AVONS ETUDIE L'EFFET DE LA TRACTION REPETEE AUX TEMPERATURES DE 550#OC ET DE 700#OC SUR L'EVOLUTION EN SURFACE ET EN SOUS-COUCHE DES CONTRAINTES RESIDUELLES INTRODUITES PAR GRENAILLAGE DE PRECONTRAINTE. TROIS CONDITIONS DE GRENAILLAGE, UTILISABLES DANS LA FABRICATION DES AUBES DE TURBINE ONT ETE OBSERVEES. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QUE PARMI LES GRENAILLAGES ETUDIES CELUI QUI EST EFFECTUE AVEC DE GROSSES BILLES ET UNE FAIBLE VITESSE DE PROJECTION ECROUIT MOINS LE MATERIAU. IL ENGENDRE DES CONTRAINTES EN SURFACE ET EN SOUS-COUCHE TRES STABLES EN PRESENCE DE LA SOLLICITATION A HAUTE TEMPERATURE PAR RAPPORT A CELLES OBTENUES AVEC UN GRENAILLAGE UTILISANT DE PETITES BILLES PROJETEES A GRANDE VITESSE. DE PLUS, IL APPARAIT QUE LA TEMPERATURE EST LE PRINCIPAL FACTEUR DE REDUCTION DES PRECONTRAINTES. LA PART MECANIQUE EN TRACTION REPETEE EST PEU INFLUENTE ET NOUS POUVONS ENVISAGER POUR LES TEMPERATURES UTILISEES, L'ETUDE SEPAREE DES EFFETS. UN MODELE THEORIQUE EST DEVELOPPE AFIN DE DECRIRE L'EVOLUTION DE LA DEFORMATION DE RESTAURATION EN UTILISANT LA LOI DE VARIATION DE LA DENSITE DE DISLOCATIONS DANS LE MATERIAU ECROUI PAR GRENAILLAGE. DANS CETTE LOI INTERVIENT L'ENERGIE ELASTIQUE MACROSCOPIQUE EMMAGASINEE DANS LE MATERIAU APRES GRENAILLAGE ET UN COEFFICIENT LIE A L'ETAT D'ECROUISSAGE DU MATERIAU. A PARTIR DE LA VARIATION DE LA DEFORMATION DE RESTAURATION, POUR UNE TEMPERATURE DONNEE, NOUS AVONS PREVU L'EVOLUTION DE LA CONTRAINTE RESIDUELLE POUR CHACUNE DES CONDITIONS DE GRENAILLAGE. L'APPLICATION DU MODELE DANS LE CAS DE L'IN100, MONTRE QUE LES PROFILS THEORIQUES CORRESPONDENT DE FACON SATISFAISANTE AUX VALEURS EXPERIMENTALES MESUREES PAR DIFFRACTOMETRIE X

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.

Le grenaillage par ultrasons est un traitement de surface utilisé pour améliorer la durée de vie en fatigue des pièces métalliques. Son principe consiste à projeter des billes sur la pièce à traiter, et ainsi à générer des contraintes superficielles de compression qui réduisent l’amorçage des fissures superficielles. L’objectif de cette étude est, d’une part, d’analyser expérimentalement l’influence des divers paramètres de ce procédé et de proposer une modélisation pour mieux le maîtriser. Il s’agit, d’autre part, d’appliquer ce procédé sur un alliage à base TiAI afin d’améliorer son comportement en fatigue. En effet, cet alliage, malgré ses bonnes propriétés mécaniques à haute température, présente un comportement à la fatigue très dispersé. Cette étude a montré que le diamètre des billes et le temps de traitement influent de façon notoire sur la flèche Almen, l’écrouissage superficiel et le profil des contraintes. La modélisation unidimensionnelle de l’interaction bille-sonotrode a mis en évidence l’importance de la distribution des vitesses de billes sur l’efficacité du procédé. Des niveaux de contraintes très élevés ont pu être introduits dans l’alliage TiAI par un traitement de grenaillage par ultrasons. Son comportement en fatigue a ainsi pu être amélioré sous certaines conditions. Pour finir, une étude en température a montré que la relaxation des contraintes est très rapide. Une corrélation a été établie entre l’évolution de la dureté et la relaxation des contraintes en température dans TiAI

Les avions de combat modernes tirent leur agilité et leur manoeuvrabilité de leur système de propulsion, dont le rapport poussée/masse ne cesse d'augmenter. Cela a été rendu possible, en grande partie, par l'introduction de matériaux à haute résistance dans les disques de turboréacteur. Dans ces pièces, les contraintes sont biaxiales (traction-traction). Le dimensionnement des disques repose sur la connaissance du comportement des matériaux utilisés : fatigue de contrainte ou déformation imposée, amorçage de fissures, propagation de fissures et rupture finale. Au CEAT (Centre d'Essais Aéronautique de Toulouse), nous avons développé un moyen d'essai de fatigue biaxiale à hautes températures (T

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

Ce travail de thèse est consacré principalement à l'étude des relations entre la microstructure, le procédé de grenaillage et les champs de contraintes résiduelles dans le superalliage à base de nickel N18. Pour mettre en exergue le rôle de la microstructure, nous avons tout d'abord fabriqué quatre microstructures modèles de tailles de grains gamma et de précipités gamma' significativement différentes par différents chemins thermiques. Les échantillons ont été ensuite grenaillés par ultrason et enfin soit traités thermiquement ou sollicités en fatigue à chaud. Nous avons étudié les changements microstructuraux et mécaniques induits par chaque étape en s'appuyant sur différentes techniques de caractérisation (MEB, dureté, essais de traction et de fatigue). Nous montrons que la dureté et les propriétés en traction avant grenaillage ainsi que les modifications microstructurales et de dureté après grenaillage sont principalement dépendantes de la taille de précipités gamma'. Des mesures in situ de résistivité électrique ont permis de suivre les cinétiques de dissolution et de précipitation de la phase gamma' au cours de traitements thermiques. Les cinétiques ont été comparées à un modèle de précipitation développé pour l'alliage N18. Dans la suite, nous avons déterminé finement les contraintes résiduelles par diffraction des rayons X en laboratoire avec la méthode des « sin2 psi » et au synchrotron avec la microdiffraction Laue couplée à des mesures d'énergies. La sensibilité de la microdiffraction a permis d'appréhender le rôle de la microstructure sur les champs de déformations et de contraintes à l'échelle du micromètre et de différencier la contribution des phases gamma et gamma', qui constitue l'une des principales difficultés de ce travail d'exploitation. Avant grenaillage, la déformation déviatorique est inférieure à 2 x 10-4 quelle que soit la taille de précipités gamma'. À l'issue du grenaillage, un décalage des profils de déformations et de contraintes de 100 μm est observé lorsque l'on compare la microstructure contenant de fins précipités gamma' (200 nm) à celle contenant des précipités gamma' grossiers (2000 nm). Les profils de contraintes obtenus avec la microdiffraction Laue montrent des différences significatives en comparaison à l'état de contraintes planes attendu à cœur de l'échantillon. Enfin, nous montrons qu'à l'issue d'un maintien isotherme ou d'un essai de fatigue interrompu, les déformations déviatoriques introduites par de grenaillage sont relaxées ou redistribuées.

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