LA DEFORMATION PLASTIQUE DES SUPERALLIAGES MONOCRISTALLINS A BASE DE NICKEL MET EN JEU UNE MATRICE CFC, DES PRECIPITES ORDONNES GAMMA PRIME CUBOIDAUX, AUX INTERFACES EN PLAN CUBIQUE. NOUS Y ETUDIONS LES EFFETS DE POLARITE DES DISLOCATIONS EN FONCTION DE LA CONTRAINTE APPLIQUEE, EN PARTICULIER LE CISAILLEMENT A HAUTE TEMPERATURE (MILLE KELVINS) DES PRECIPITES PAR DES DISLOCATIONS SUPER-SHOCKLEYS. NOUS MODELISONS LEUR FORMATION A PARTIR D'UNE DISLOCATION DE MATRICE, PAR GERMINATION D'UNE BOUCLE DE SHOCKLEY A L'INTERFACE PRECIPITE-MATRICE. NOUS MONTRONS QUE LA COMBINAISON DE TROIS FACTEURS EST NECESSAIRE A LEUR FORMATION: (I) LA DIFFERENCE ENTRE LES ENERGIES DE PAROI D'ANTIPHASE ET DE DEFAUT D'EMPILEMENT DE SUPERRESEAU (DES); (II) LA FORCE SUR LA BOUCLE DUE A LA CONTRAINTE APPLIQUEE; (III) L'ACTIVATION THERMIQUE. LA CONTRAINTE SELECTIONNE LA PARTIELLE QUI VA GERMER, ET DONC AUSSI LA NATURE INTRINSEQUE OU EXTRINSEQUE DU DES CREE. C'EST UNE CAUSE POSSIBLE DE L'ANISOTROPIE TRACTION-COMPRESSION. NOS ESSAIS DE FLUAGE, DE DEFORMATION DYNAMIQUE ET DE TRACTION IN-SITU DANS UN MICROSCOPE, SELON DES AXES DE CONTRAINTE NON STANDARD SONT COMPATIBLES AVEC LE MODELE, ET CARACTERISENT LA PLASTICITE DUE AUX SUPER-SHOCKLEYS

DES SUPERALLIAGES BASE NICKEL DEVELOPPES POUR DES CONDITIONS SEVERES DE TEMPERATURE ET DE CONTRAINTE, AINSI QUE LES PHASES INTERMETALLIQUES LES COMPOSANT, ONT ETE ETUDIES PAR FROTTEMENT INTERIEUR EN BALAYAGE DE FREQUENCE DE L'AMBIANTE A 1200 K. AUX BASSES TEMPERATURES (350-450 K), DES EFFETS DE RELAXATION LIES A LA PRESENCE D'INTERSTITIELS ONT ETE OBTENUS DANS DES MONOCRISTAUX NI#3AL+HF ET TIAL ET DANS LE SUPERALLIAGE MONOCRISTALLIN AM1. AUX HAUTES TEMPERATURES (>850 K), DANS TOUS LES MATERIAUX ETUDIES, UN PIC DE RELAXATION LIE A LA MONTEE DES DISLOCATIONS PAR AUTO-DIFFUSION A ETE OBSERVE. CE MECANISME INTERVIENT FORTEMENT SUR LES PROPRIETES MECANIQUES, PAR EXEMPLE DANS L'ALLIAGE DE REVETEMENT NICOCRALYTA, IL ENTRAINE L'APPARITION DE LA DUCTILITE DANS LE MATERIAU. DES EFFETS COMPLEXES D'AMORTISSEMENT LIE A L'ORDRE ONT ETE MIS EN EVIDENCE DANS PLUSIEURS CAS: PIC DE RELAXATION INTENSE DANS LES POLYCRISTAUX NI#3AL ORDONNE LIE A LA PRESENCE DE FAUTES D'ORDRE ET EFFET D'AMORTISSEMENT NON THERMIQUEMENT ACTIVE DANS LE SUPERALLIAGE AM1 ET UN POLYCRISTAL A GRAINS NI#3AL ORDONNE ET DESORDONNE. CES RESULTATS ORIGINAUX SONT ANALYSES EN TERME DE DESORDRE LOCAL ET DE GRADIENT CHIMIQUE

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

L'ETUDE PRESENTEE ICI VISE A CARACTERISER LE COMPORTEMENT EN FLUAGE D'UN SUPERALLIAGE FORGE POUR DISQUES DE TURBOMACHINES, L'UDIMET 720, A UNE TEMPERATURE DE 850\C. UNE APPROCHE ORIGINALE, METTANT EN UVRE DES EPROUVETTES A SECTIONS UTILES MULTIPLES, A PERMIS DE CARACTERISER LE COMPORTEMENT MECANIQUE DE L'ALLIAGE EN FLUAGE, MAIS EGALEMENT DE PROCEDER A UNE ETUDE SYSTEMATIQUE DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT INTERVENANT A HAUTE TEMPERATURE. LA CONTRIBUTION DES EFFETS D'ENVIRONNEMENT AU COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE DE L'ALLIAGE A ETE MISE EN EVIDENCE PAR LE BIAIS D'ESSAIS DE FLUAGE REALISES SOUS VIDE SECONDAIRE, OU SUR DES MICRO-EPROUVETTES A SECTION UTILE REDUITE. LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT INTERVENANT EN FLUAGE ONT ETE IDENTIFIES SUR LA BASE D'OBSERVATIONS METALLOGRAPHIQUES D'EPROUVETTES ROMPUES EN FLUAGE OU PARTIELLEMENT ENDOMMAGEES. TROIS MECANISMES ONT PU ETRE IDENTIFIES : UN MECANISME D'OXYDATION SUPERFICIELLE DE L'ALLIAGE, UN MECANISME D'OXYDATION PREFERENTIELLE DES JOINTS DE GRAINS DE L'ALLIAGE, FORTEMENT COUPLE AVEC LE CHARGEMENT MECANIQUE, ET UN MECANISME DE COALESCENCE DES PRECIPITES DE LA PHASE DURCISSANTE RENFORCANT UNIFORMEMENT LA MATRICE DE L'ALLIAGE. LA DEMARCHE ADOPTEE NOUS A PERMIS DE DETERMINER, POUR CHACUN DE CES MECANISMES, UNE CINETIQUE D'EVOLUTION ET DE QUANTIFIER LES COUPLAGES EXISTANT ENTRE LES EVOLUTIONS MICROSTRUCTURALES DE L'ALLIAGE ET LE CHARGEMENT MECANIQUE. A PARTIR DES LOIS D'EVOLUTION DE L'ENDOMMAGEMENT INDUIT PAR CHACUN DE CES MECANISMES, ON PROPOSE UNE MODELISATION PHENOMENOLOGIQUE DU COMPORTEMENT ET DE L'ENDOMMAGEMENT DE L'UDIMET 720 SOLLICITE EN FLUAGE. LE MODELE PERMET DE DECRIRE LE COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE EN FLUAGE, JUSQU'A RUPTURE, D'UNE EPROUVETTE DE GEOMETRIE SIMPLE. LA MODELISATION PROPOSEE PERMET DE DEGAGER DES REGLES POUR LE DIMENSIONNEMENT DE PIECES, ET DE METTRE EN EVIDENCE LES PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX POUVANT ETRE OPTIMISES POUR AMELIORER LA RESISTANCE EN FLUAGE DES SUPERALLIAGES A BASE DE NICKEL.

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

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