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Dissertations / Theses on the topic 'Alliages réfractaires – Fluage – Propriétés mécaniques'
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Facco, Antoine. "Développement d'un nouvel alliage austénitique résistant en fluage à forte teneur en Al : Relation microstructure/propriétés mécaniques/vieillissement." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR130.
Full textAbstract:
Les alliages austénitiques réfractaires Fe-Ni-Cr sont utilisés pour la fabrication des tubes coulés par centrifugation constituant les fours de vapocraquage. Ces tubes sont soumis à de très hautes températures (950-1150°C) sous quelques bars dans un environnement sévère (oxydation, carburation, cokage, …). Les développements actuels portent sur des alliages alliés avec de l’Al afin d’améliorer leur résistance à l’environnement via la formation d’une couche d’alumine protectrice. Cependant l'ajout d'Al diminue les propriétés en fluage. La problématique majeure de ce travail est de comprendre l’influence de la composition chimique et plus particulièrement de l’Al sur la microstructure et les propriétés en fluage dans l’optique de proposer une nouvelle nuance à forte teneur en Al (>3.5%m) résistante en fluage. Dans cette étude, plusieurs alliages aluminoformeurs (AFA) ont été testés en fluage et caractérisés microstructuralement après solidification, après vieillissement thermique et après fluage dans l’optique de faire le lien entre leurs propriétés en fluage et leurs microstructures. Ce travail a montré que : - La nature des carbures primaires de Cr conditionne la résistance en fluage des alliages dans le régime haute contrainte. - La précipitation secondaire de carbures M23C6 est déterminante concernant les propriétés en fluage dans le régime haute contrainte mais a peu d’effet dans le régime basse contrainte. - L’addition de teneur élevée en Y empêche le développement de la précipitation secondaire de M23C6 malgré la transformation des M7C3 primaires en M23C6. - L’ajout de fortes teneurs en Al associé à de fortes teneurs en Cr stabilise les phases ductiles NiAl et α’ aux températures de service. La phase NiAl a été identifiée comme étant néfaste en fluage. Toutes ces conclusions ont permis de développer une méthode d’optimisation de la composition chimique d’alliages austénitiques à forte teneur en Al résistant en fluage. L’objectif industriel consistant à développer des alliages à forte teneur en Al (>3.5%m d’Al) alliant de bonnes propriétés en fluage et une bonne résistance à l’environnement a été rempli et s’est concrétisé par le développement de la Manaurite® XAl4 actuellement commercialisée par Manoir IndustriesHeat resistant Fe-Ni-Cr austenitic stainless alloys are used in centrifugally cast tubes for cracking furnaces. These tubes undergo high temperatures (950-1150°C), low pressure (few bars) in a harsh environment (oxidation, carburization, coking, …). The current developments are focused on alloys with high Al-content in order to improve the environmental resistance thanks to the formation of a protective alumina scale. Nevertheless, Al is known to decrease the creep properties. The main goal is to understand the influence of the chemical composition especially the Al-content on the microstructure and the creep properties in order to propose a new creep-resistant alloy with high Al-content (>3.5wt.%). In this study, several aluminaforming austenitic alloys (AFA) were tested in creep and their microstructures characterized after solidification, after thermal ageing and after creep in order to make the link between creep properties and microstructures. This work showed: - The nature of primary Cr-carbides determines the creep resistance of these alloys in the high stress regime. - The secondary precipitation of M23C6 is crucial regarding the creep properties in the high stress regime but has low impact in the low stress regime. - The addition of high level of Y prevents the secondary precipitation of M23C6 despite the M7C3 transformation into M23C6. - The addition of high Al and Cr contents stabilizes the NiAl and α’ ductile phases at service temperature. The NiAl phase was identified as deleterious for the creep properties. These conclusions allowed to develop a method for chemical composition optimization of creep resistant austenitic alloy with high Al-content. The industrial aim consisting to develop alloys with high Al-content (>3.5wt.%) with good environment resistance while keeping good creep properties was filled and resulted in the development of the Manaurite® XAl4 currently commercialized by Manoir Industries
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Ponnelle, Sylvain. "Propagation des fissures par fatigue a haute temperature dans l'Inconel 718 : effets de microstructure et de chargements complexes." Paris, ENMP, 2001. http://www.theses.fr/2001ENMP1003.
Full textAbstract:
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.
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Augustins-Lecallier, Isabelle. "Conception de nouveaux superalliages MdP base nickel pour disques de turbines." Phd thesis, Paris, ENMP, 2011. https://pastel.hal.science/pastel-00710579.
Full textAbstract:
Dans l'objectif de la modernisation du moteur M88 de la SNECMA, de nouvelles spécifications relatives au matériau des pièces qui sont actuellement forgées et usinées en superalliage N18 - notamment les disques de turbine haute pression - ont été formulées. Cette étude s'est attachée à la définition de nouveaux superalliages polycristallins à base de nickel, élaborés par métallurgie des poudres, qui répondent à ces spécifications, c'est-à-dire, globalement, qui présentent des propriétés mécaniques et une stabilité microstructurale supérieures à celles du N18 tout en diminuant sensiblement la fraction volumique de la phase durcissante γ'. En se référant aux connaissances collectées sur le rôle des différents éléments d'alliages et des traitements thermiques sur les caractéristiques microstructurales et mécaniques des superalliages, de nouvelles compositions sont proposées. Les alliages expérimentaux, élaborés selon ces compositions, sont analysés microstructuralement et testés mécaniquement en traction, en fluage et en propagation de fissure afin de comparer leurs propriétés à celles de superalliages utilisés industriellement et pris comme références. Certains des alliages testés présentant une remarquable tenue en traction et en fluage, une analyse en microscopie électronique en transmission des mécanismes de déformation a été réalisée et une interprétation de cette excellente résistance à la déformation à haute température est proposéeIn order to upgrade the SNECMA M88 engine, new specifications were issued for the material of the parts that are currently made by forging and machining N18 superalloy, including, essentially, turbine discs. This study focuses on the development of new Nickel base polycrystalline superalloys which meet these specifications, i. E. Which generally exhibit mechanical properties and microstructural stability better than that of alloy N18, in spite of a significant reduction of the γ' volume fraction. Refering to the state of the art on the specific role of each of the various alloying elements and of heat treatments on the microstructural and mechanical characteristics of the superalloys, new compositions are explored. The microstructures of these experimental alloy compositions are analysed. Tensile, creep and crack propagation tests are performed in order to compare the properties of these new alloys with those of reference, industrially used, superalloys. Among the evaluated alloys, those exhibiting a remarkable tensile and creep resistance were examined by transmission electron microscopy in order to identify the various deformation mechanisms: an interpretation of the outstanding resistance to deformation is presented
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Augustins-Lecallier, Isabelle. "Conception de nouveaux superalliages MdP base nickel pour disques de turbines." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00710579.
Full textAbstract:
Dans l'objectif de la modernisation du moteur M88 de la SNECMA, de nouvelles spécifications relatives au matériau des pièces qui sont actuellement forgées et usinées en superalliage N18 - notamment les disques de turbine haute pression - ont été formulées. Cette étude s'est attachée à la définition de nouveaux superalliages polycristallins à base de nickel, élaborés par métallurgie des poudres, qui répondent à ces spécifications, c'est-à-dire, globalement, qui présentent des propriétés mécaniques et une stabilité microstructurale supérieures à celles du N18 tout en diminuant sensiblement la fraction volumique de la phase durcissante γ'. En se référant aux connaissances collectées sur le rôle des différents éléments d'alliages et des traitements thermiques sur les caractéristiques microstructurales et mécaniques des superalliages, de nouvelles compositions sont proposées. Les alliages expérimentaux, élaborés selon ces compositions, sont analysés microstructuralement et testés mécaniquement en traction, en fluage et en propagation de fissure afin de comparer leurs propriétés à celles de superalliages utilisés industriellement et pris comme références. Certains des alliages testés présentant une remarquable tenue en traction et en fluage, une analyse en microscopie électronique en transmission des mécanismes de déformation a été réalisée et une interprétation de cette excellente résistance à la déformation à haute température est proposée.
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Thébaud, Louis. "Etude des relations entre microstructure et propriétés mécaniques du nouveau superalliage base nickel AD730™." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0033/document.
Full textAbstract:
Compte tenu de l’évolution des températures d’entrée de turbines, le principal enjeu pour les métallurgistes est d’élaborer des alliages capables de présenter d’excellentes propriétés mécaniques à des températures de plus en plus élevées. Dans ce contexte, connaitre les relations entre les différents paramètres microstructuraux et les propriétés mécaniques à haute température (700°C et plus) est capital.La durabilité en fluage et en fatigue-temps de maintien ainsi que les processus d’endommagement de l’alliage AD730™, un nouveau superalliage pour disques de turbines, ont été analysés. Plusieurs paramètres ont été étudiés, qu’ils soient microstructuraux (joints de grains, taille de grains, taille et distribution des précités γ′), ou expérimentaux (température, environnement, contrainte appliquée, temps de maintien). L’utilisation de monograins de composition chimique identique à l’alliage de l’étude a permis de mettre en évidence le fait qu’une microstructure monogranulaire ne présente pas nécessairement de meilleures propriétés en fluage qu’une microstructure polycristalline. Ceci est attribué au rôle durcissant des joints de grains. Il a de plus été montré qu’à 700°C, la taille et la distribution des précipités γ′ est le paramètre microstructural pilotant les propriétés viscoplastiques à l’ordre 1.En fatigue avec temps de maintien, un comportement original a été observé pour les longs temps de maintien en fonction de la contrainte appliquée. Ce phénomène est attribué à un effet « type Bauschinger » apparaissant lors des phases de déchargesIn view of the turbine entry temperature evolution, the main challenge for metallurgists is to elaborate new alloys able to withstand higher temperatures while keeping great mechanical properties. Therefore, knowing the relationships between microstructural parameters and mechanical properties at high temperatures (700°C and more) is mandatory.The creep and dwell-fatigue durability as well as the damage mechanisms of AD730™, a new nickel base superalloy developed for turbine disks, have been analyzed. Several microstructural parameters were studied (grain boundaries, grain size, size and distribution of γ′ precipitates) as well as experimental parameters (temperature, environment, applied stress or dwell period). By using single crystalline specimens having the same chemical composition of the studied alloy, it has been shown unambiguously that single crystalline microstructures do not necessarily present better creep properties compared to polycristalline ones. This result is supposed to be caused by a grain boundary strengthening mechanism. Moreover, in creep at 700°C, it has been shown that the main viscoplasticity controlling parameters are the size and distribution of γ′ precipitates.An unexpected dwell-fatigue behavior has been observed for long hold times and in a specific applied stress window. This phenomena is attributed to a “Bauschinger type” effect, occurring during unloading phases
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Giraud, Rémi. "Influence de l'histoire thermique sur les propriétés mécaniques à haute et très haute température du superalliage monocristallin CMSX-4®." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2014. http://www.theses.fr/2014ESMA0005.
Full textAbstract:
Ce mémoire de thèse est consacré à une étude du fluage isotherme et anisotherme à diversniveaux de température et à l’analyse fine des évolutions microstructurales associées à diverschargements thermomécaniques imposés du superalliage monocristallin, CMSX-4®. Cetravail est complété par la validation d’un modèle de comportement mécanique permettantd’intégrer ces évolutions microstructurales (fraction volumique des phases en présence,largeur des couloirs de matrice gamma, ...) pour déterminer la durée de vie du matériau.Parallèlement, le rôle de la microstructure initiale du matériau associée aux traitementsthermiques imposés dans la phase d’élaboration a été étudié. Il a été montré un effet marquéde cette microstructure initiale lors des essais de fluage à basse température (< 900°C), ainsique lors des essais de fluage anisotherme. Une microstructure de précipitation en radeaux detype N a été montrée comme particulièrement néfaste pour la résistance en fluageanisotherme. Enfin, le comportement du CMSX-4® est systématiquement comparé à celuiprécédemment établi dans des conditions similaires sur d’autres superalliages monocristallinspour pales haute pressionThis thesis is dedicated to the study of the isothermal and non-isothermal creep behavior in awide temperature range, and to the analysis of the microstructural evolution during differentthermomechanical paths on the superalloy single crystal, CMSX-4®. Moreover, the validationof a mechanical behavior model validation completes this work. This model takes intoaccount the microstructural evolutions (e.g. phase volume fraction, gamma-matrix channelwidth…) to predict the creep life. Additionally, the effect of the initial microstructure fromthe heat treatment has been investigated. It has been shown a strong impact of the as-receivedmicrostructure on the low temperature isothermal creep properties, and during non-isothermalcreep. A N-type rafted microstructure has been shown to be particularly detrimental to thenon-isothermal creep properties. Finally, the behavior of the CMSX-4® has been comparedwith the previous studies realized in the same conditions on other single crystal superalloysfor blades applications
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Sazerat, Marjolaine. "Fabrication additive arc-fil (WAAM) pour la réparation de composants aéronautiques en Waspaloy : caractérisation microstructurale, mécanique et vieillissement métallurgique." Electronic Thesis or Diss., Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2024. http://www.theses.fr/2024ESMA0024.
Full textAbstract:
Le procédé de soudage Cold Metal Transfer (CMT) est envisagé comme un moyen de réparation additive pour les pièces de grandes dimensions. Cette technologie offre un taux de dépôt élevé avec un apport de chaleur réduit en raison du transfert de matière en régime de court-circuit. Son utilisation permettrait de réduire considérablement les temps d’opération liés à la maintenance, réparation et révision (MRO). Le Waspaloy, superalliage base Ni polycristallin durci par précipitation γ', est communément utilisé dans les parties chaudes des turboréacteurs. Il est, toutefois, considéré marginalement soudable en raison de sa forte teneur en aluminium et en titane. Cette particularité mène à un manque de données dans la littérature scientifique sur ce couple matériau/procédé. Ces travaux de thèse, menés à l’Institut P’ et en collaboration avec le site de MRO de Safran Aircraft Engines (Châtellerault), ont été dédiés à l’étude du Waspaloy CMT. Le premier axe d’analyse a été la caractérisation, à la fois microstructurale et mécanique, du matériau à l’état brut de fabrication. La structure granulaire et dendritique est présentée, de même que la précipitation γ' hétérogène entre les cœurs de dendrite et les espaces interdendritiques. La ségrégation chimique qui en est responsable est mise en évidence, et les propriétés mécaniques monotones, en traction et en fluage jusqu’à 850 °C, sont évaluées. Ensuite, avec l’intention d’optimiser la microstructure hétérogène par un traitement thermique post-soudage différent de celui préconisé pour le matériau forgé, un deuxième axe s’est dégagé autour de la stabilité thermique du Waspaloy CMT. Le grossissement des précipités γ' et les cinétiques de vieillissement sont approchés par la théorie de Lifshitz-Slyozov-Wagner. La formation de phases secondaires est observée, avec l’identification de carbures M23C6 par leur nature chimique et cristalline. Des diagrammes temps-température-transformation expérimentaux sont établis. La question de l’équilibre thermodynamique est abordée par l’application d’un revenu long, et numériquement par des simulations Thermo-Calc®. L’effet du traitement thermique de revenu sur le comportement en traction et en fluage est étudié, en comparaison avec le Waspaloy CMT brut de fabrication et le matériau forgé de référence. Les liens entre les propriétés obtenues et les évolutions microstructurales sont mis en lumière. L’investigation de la tenue mécanique de l’interface entre le substrat forgé et le rechargement CMT s’est également imposéeCold Metal Transfer (CMT), a wire arc welding process, is being contemplated as a means of additive repair for large aeronautical components. This technology offers a high deposition rate with reduced heat input due to short-circuit material transfer. Its use would considerably reduce maintenance, repair and overhaul (MRO) times. Waspaloy, a γ' precipitation-hardened polycrystalline Ni-based superalloy, is commonly used in the hot sections of jet engines. It is, however, considered marginally weldable due to its high aluminum and titanium content. This particularity leads to a lack of data in the scientific literature on this material/process pair. This thesis work, carried out at the Institut P' and in collaboration with the MRO center of Safran Aircraft Engines (Châtellerault), was dedicated to the study of CMT Waspaloy. The first axis of analysis was the characterization, both microstructural and mechanical, of the material in its as-built state. The granular and dendritic structure is presented, as is the heterogeneous γ' precipitation between dendrite cores and interdendritic spaces. The chemical segregation responsible for this is highlighted, and the monotonic mechanical properties up to 850°C, through both tensile and creep testing, are evaluated. Then, with the intention of optimizing the out-of-equilibrium microstructure by a post-weld heat treatment different from that recommended for the wrought material, a second focus emerged around the thermal stability of CMT Waspaloy. γ' precipitation coarsening and aging kinetics are approximated using the Lifshitz-Slyozov-Wagner theory. The formation of secondary phases is observed, with the identification of M23C6 carbides by their chemical and crystalline nature. Experimental time-temperature-transformation diagrams are established. The question of thermodynamic equilibrium is addressed through the application of a long ageing heat treatment, and numerically through Thermo-Calc® simulations. The effect of ageing on tensile and creep behavior is investigated, in comparison with as-built CMT Waspaloy and the reference wrought material. The links between the resulting properties and microstructural evolutions are highlighted. The mechanical strength of the interface between the wrought substrate and the CMT refurbishment is also investigated
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Riallant, Fanny. "Modes d'endommagement à chaud du système AM1/NiAlPt/BT EBPVD : impact de la plasticité et interactions revêtement-substrat." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2014. http://www.theses.fr/2014ESMA0008.
Full textAbstract:
Les revêtements barrières thermiques sont de plus en plus employés dans l'industrie afm d'accroître lesperformances thermiques et de diminuer les émissions de NOx des turbines aéronautiques et de générationd'électricité. Au cours de cette étude, le système constitué d'un substrat en superalliage base nickelmono cristallin AMI, d'une sous-couche NiAlPt et d'une barrière thermique en zircone yttriée élaborée par voieEBPVD (Electron Bearn Phase Vapor Deposition) a été étudié. Le but de cette thèse était de caractériser lesmodes d'endommagements en conditions représentatives de celles rencontrées en service sur le profil des aubesde turbines hautes pressions. Pour pallier au manque de données dans la littérature ouverte, des essais à différentsniveaux de température et de chargement mécanique ont été réalisés avec pour objectif de découpler les diversmodes d'endommagement qui entrent en jeu dans la ruine des barrières thermiques. Ces essais mécaniques detype fluage isotherme, fluage cyclé thermiquement, fatigue oligocyclique et fatigue avec temps de maintien ontété réalisés dans la gamme de température 950°C-1200°C avec des moyens d'essais classiques de laboratoire. Ilsont permis de mettre en évidence l'impact du chargement mécanique sur la cinétique de croissance de la couched'alumine inter faciale à llOO°C(notamment en fluage) mais aussi le délaminage à l'interface sous-coucheinterne/sous-couche externe en conditions de forte vitesse de déformation viscoplastique du substrat et le rôlemajeur de l'interdiffusion entre sous-couche et substrat sur la durée de vie en fatigue oligocyclique à 950°C. Desessais technologiques ont aussi été réalisés sur le banc MAATREThermal barrier coatings are widely used in the industry to enhance thermal performances and to decrease NOxemissions of aeronautic gas and electricity generating turbines. During this study, the system consisting of asingle crystal nickel based superalloy AMI (substrate), of a NiAIPt bondcoat and an yttria-stabilized zirconiatopcoat made by columnar EBPVD (Electron Bearn Phase Vapor Deposition) was studied. The aim ofthis thesiswas to characterize the damage mechanisms in conditions representative of those encountered in service on theprofile of high pressure turbine blades. To overcome the lack of data in the open literature, tests at differentlevels oftemperature and mechanicalloading has been made with the aim to decouple the various damage modesthat are involved in degradation of thermal barrier coatings. Thermomechanical testings such as isothermal creeptests, thermally cycled creep tests, low cycle fatigue with or without holding time have been made in thetemperature range 950°C-1200°C with conventional laboratory testing methods. They allowed to demonstratethe impact of the mechanical loading on the oxidation kinetics of the thermally grown oxide at IIOO°C(particularly during creep tests) but also a new delamination mode in the bond coat (near process defaults) in caseof high viscoplastic deformation rate of the substrate and the major role of interdiffusion between bondcoat andsubstrate on the low cyclic fatigue lifetime at 950°C. Finally, technological testings have also been realized onthe MAA TRE test bench
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Mataveli, Suave Lorena. "High Temperature Durability of DS200+Hf Alloy." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0032/document.
Full textAbstract:
L'anisotropie de comportement mécanique du superalliage à solidification dirigée DS200+Hf et les mécanismes d'endommagement ont été étudiés entre 650°C et 1100°C. Des échantillons monogranulaires du même alliage ont été employés afin de mieux comprendre l'anisotropie de propriétés mécaniques et de durabilité. Des essais de traction, fluage, fatigue oligocylique, fatigue-fluage et de fissuration ont été réalisés, suivis d'observations au MEB afin d'analyser les modes d1endommagement.A 650°C, une forte anisotropie de durée de vie en fluage (et en fatigue) est observée alors que l'anisotropie est quasi inexistante à 1100°C en fluage. Ceci résulte de la mise en radeaux de la phase γ à haute température qui homogénéise la déformation, dégradation qui conduit à une augmentation de la vitesse de déformation en fatigue avec temps de maintien. Un amorçage intergranulaire a été observé pour tous les essais mécaniques en sens travers, notamment de par la présence de nombreux carbures aux joints des grains. Ces carbures sont les principaux sites d'amorçage de fissure de fatigue à 650°C et 900°C. A haute température (900°C), l'oxydation affecte non seulement l'amorçage en favorisant la fissuration des carbures de surface, mais elle affecte également la phase de propagation, via un processus combiné d'appauvrissement de la phase γ et d'émoussement de la pointe de fissure, le tout conduisant à un seuil de fissuration plus élevé. Sous vide, un tel processus n'est pas observé et les carbures ne sont plus les sites d'amorçage privilégiés. Lors de sollicitation de fluage en sens travers à basse température (750°C), les joints de grains fortement désorientés, avec un grain dans leur voisinage favorablement orienté pour le glissement simple et apte à la rotation cristalline, sont les plus critiquesThe anisotropy in mechanical behavior of the directionally solidified DS200+Hf alloy and the damage mechanisms have been investigated between 650°C and1100°C. Single-crystalline specimens of the same alloy have also been used to get a better understanding of the anisotropy in mechanical properties and durability. Tension, creep, low-cycle fatigue (LCF), dwell-fatigue and crack propagation tests have been performed and analyzed by SEM observations to better understand the damage modes in this alloy. At 650°C, a considerable creep (and LCF) life anisotropy is observed while almost no anisotropy remains at 1100°C in creep. The γ rafting is mainly responsible for this decrease in creep anisotropy and for theincrease in creep rate in dwell-fatigue. An intergranular fracture mode has been observed for ail kind of solicitation along transverse direction, mainly due to the presence of grain boundary particles such as carbides. These carbides are also the main crack initiation sites in LCF at 650°C and at 900°C. At high temperature (900°C), oxidation not only controls the crack initiation mechanisms by inducing surface carbides cracking, but it also affects the crack propagation through a combined localized γ depletion and crack tip blunting, leading ove ra li to a higher crack propagation threshold. Such a behavior is not observed in high vacuum and surface carbides are no more the main crack initiation sites. lt is shown that at low temperature during transverse creep testing (750°C), highly misoriented grain boundaries, having one grain favorably oriented for single slip and lattice rotation, are the most critical ones
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Chassaigne, Jean-Christophe. "Fissuration à hautes températures du superalliage base nickel N18 élaboré par métallurgie des poudres : Etude du couplage mécanique-environnement en pointe de fissure." Paris, ENMP, 1997. http://www.theses.fr/1997ENMPA001.
Full text
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Diliberto, Sébastien. "Elaboration et caractérisation d'alliages réfractaires pour la fusion du verre : alliages MoWCr, alliages base Ni "bi-ODS"." Nancy 1, 2000. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2000_0089_DILIBERTO.pdf.
Full textAbstract:
L'élaboration d'un verre fait appel à des procédés de fusion et de mise en forme à de très hautes températures. Les matériaux réfractaires utilisés par l'industrie verrière doivent satisfaire à trois critères essentiels (résistance à la corrosion par le verre fondu, à l'oxydation par l'air et bonnes propriétés mécaniques à chaud). A ces températures pouvant dépasser 1300°C, les alliages base Ni ou Co ne peuvent plus être utilisés. Nous nous sommes donc intéressés à des alliages base Mo et W (métaux connus pour leur résistance vis à vis du verre fondu et leur bonnes propriétés mécaniques à chaud) alliés à du chrome, ce dernier permettant la formation d'un oxyde protecteur contre l'oxydation à l'air. En raison de l'importante différence de propriétés des constituants, les alliages ne peuvent être préparés par fusion. La technique adoptée a donc été le frittage sous charge en présence d'un agent activant la diffusion, dont le choix a fait l'objet d'une étude détaillée. Celle-ci a permis de conclure que le palladium était l'élément le plus approprié à cet effet. L'étude des propriétés mécaniques et de la résistance à l'oxydation a concerné une large gamme de compositions. Il a été montré que les propriétés mécaniques et de tenue en oxydation sont intimement liées aux caractéristiques de diffusion. C'est pourquoi une partie du travail a été consacrée à la détermination du diagramme de phase ternaire Cr-Mo- W et des coefficients de diffusion des éléments dans ce système. L'étude de l'oxydation haute température des alliages base MoW a mis en évidence l'effet bénéfique d'une dispersion de chromine dans l'alliage. Les résultats obtenus ont orienté la suite de l'étude vers de nouvelles formulations d'alliages ODS base Ni (type MA758). Ce travail a abouti à la formulation d'un nouvel alliage contenant deux dispersoïdes (concept de Bi-ODS), dont le comportement en oxydation et en corrosion par le verre est amélioré de façon sensible par rapport aux alliages classiquesElaboration of glass (fusion and working) is clone at very high temperatures. The refractory materials used in the corresponding industrial processes must satisfy three essential criteria (good resistance to corrosion by glass melts and to HT. Oxidation by air, good mechanical properties). Since some process temperature can exceed 1300°C, Ni or Co base alloys cannot be used in such cases. We have thus focused our study on chromia forming Mo and W base alloys (these two metals being known for their resistance to molten glass and their good mechanical properties at high temperature, chromia being very resistant to molten glass). The melting temperatures of the components are very different. Elaboration by melting techniques cannot be used; all syntheses have thug been clone by sintering of metallic powders, with palladium as an activating agent. The study of the mechanical properties and of the resistance to oxidation resistance of these alloys bas concerned a wide range of compositions. It was shown that the mechanical properties and the oxidation behaviour are closely related to the characteristics of diffusion in the alloys. Part of this work was thus devoted to the determination of the Cr-Mo-W temary phase diagram and to the diffusion coefficients of the elements. The study of the MoW base alloys oxidation properties bas evidenced the beneficial effect of a chromia dispersion in the alloy. By extension, this result led us to study new ODS Ni base alloy (MA758 type) with an original alloy concept ( "Bi-ODS" alloy containing two oxide dispersions), the behaviour of which is significantly improved as regards H. T. Oxidation and corrosion by molten glass
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Cottura, Maeva. "Modélisation du champ de phase du couplage entre évolution microstucturale et propriétés mécaniques." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066031.
Full textAbstract:
Les transformations de phase à l’état solide dans les alliages conduisent à une large variété de microstructures à l’échelle mésoscopique. Dans le cadre d’une modélisation Champ de Phase, nous analysons l’influence des forces motrices mécaniques i. E. D’origine élastique et plastique, sur l’évolution microstructurale dans les alliages. Un développement majeur réalisé dans ce travail est la prise en compte, à une échelle continue, des phénomènes de confinement de la plasticité lors de l’évolution microstructurale. Cet objectif est atteint grâce au couplage d’un modèle de Champ de Phase à un modèle de viscoplasticité isotrope de type second gradient, issu de la mécanique des milieux continus généralisés. Nous avons ensuite amélioré la description de la plasticité à l’aide d’un modèle anisotrope basé sur des densités de dislocations. L’application première de ce modèle couplé concerne l’étude de l’évolution microstructurale des superalliages base Ni, notamment la mise en radeaux se produisant au cours du fluage du matériau. Les modèles permettent de décrire le changement de comportement mécanique des couloirs de phase γ lorsque leur largeur évolue. Toutefois, dans le cadre du fluage [100], les conséquences de ce phénomène sur l’évolution morphologique sont modérées. Enfin, un modèle de Champ de Phase a été développé pour étudier la croissance de précipités aciculaires tels que ceux observés dans les alliages de titane, caractérisés par des structures dites de Widmanstätten. Nous montrons qu’une forte anisotropie élastique permet d’expliquer l’obtention d’un régime de croissance stationnaire lors d’un recuit isothermeSolid state phase transformations in alloys produce a large variety of microstructures at the mesoscale. In the Phase Field framework, the influence of the mechanical driving forces i. E. Elastic and plastic, on microstructure evolution is analyzed. A major achievement of this work is the consideration, within a continuous modeling, of the consequences of the confinement of plasticity during microstructure evolution. First, it has been achieved by coupling a Phase Field Model to an isotropic strain gradient viscoplasticity model coming from generalized continuum mechanics. In a second step, the description of plasticity has been improved using a crystalline viscoplasticity-dislocations density based model. The model is applied to study microstructure evolution in Ni-based superalloys, more precisely, rafting during creep loading. Both models account for the change in mechanical behavior of the γ phase when the width of the γ channel evolves. However, for the [100] creep, the consequences of this phenomenon on the morphological evolution are moderate. Finally, a Phase Field Model has been developed to study the growth of acicular precipitates such as the ones observed in Ti-based alloys, characterized by Widmanstätten structures. We have shown that a strong elastic anisotropy can explain the stationary growth regime observed during isothermal aging
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Devaux, Alexandre. "Etude de l'influence des traitements thermomécaniques et thermiques sur la microstructure et la tenue en fluage de l'alliage 718." Paris, ENMP, 2007. http://www.theses.fr/2007ENMP1477.
Full textAbstract:
L’objectif de cette étude est d’améliorer la tenue en fluage de l’alliage 718 pour des applications sur disques de turbine, tout en maintenant les propriétés en fatigue et en traction comparables à celles obtenues avec le traitement thermomécanique de référence. Nous avons, dans ce contexte, développé un traitement de mise en solution optimisé comportant deux paliers et permettant de dissoudre la phase intergranulaire sans provoquer l’apparition de gros grains néfastes pour la tenue en fatigue. La limite d’élasticité et la tenue en fluage sont améliorées sur un large domaine de températures grâce à une fraction volumique de précipités ’’ plus élevée, et les propriétés en fatigue sont maintenues grâce à une fine taille de grain. L’étude du traitement thermomécanique « direct aged » a révélé un comportement en fluage relativement différent des autres gammes thermomécaniques, compte tenu de la présence de plusieurs mécanismes de fluage dans les conditions explorées. Ces mécanismes permettent d’expliquer l’influence plus ou moins marquée des microstructures étudiées en fonction des variations de température et de contrainte. Une attention particulière a été portée à l'analyse de la cinétique de précipitation de la phase durcissante ’’. L’étude de l’influence des paliers du vieillissement sur la précipitation et sur les propriétés mécaniques a mis en évidence l’existence d’optima de tailles de précipités. Ces études nous ont par ailleurs permis d’analyser le comportement en fluage de l’alliage à haute température en modélisant notamment l’influence du grossissement des précipités pendant l’essai de fluageThe aim of this study is to improve the creep properties of Alloy 718 used in turbine discs, without affecting the tensile and fatigue properties obtained with the standard thermomechanical treatment. In this context, an optimized two-stage solution heat treatment has been developed which partly dissolves the intergranular phase without causing the formation of coarse grains which impair fatigue performance. The higher volume fraction of ’’ precipitates improves the yield strength and creep properties over a wide temperature range, and fatigue properties are preserved by the fine-grained microstructure. The study of the direct aged thermomechanical treatment evidenced a creep behavior relatively different from those observed with other thermomechanical treatments, which suggests that different creep mechanisms are at play in the various conditions covered in this study. The different effects on the studied microstructures under greater and lesser stress and temperature variations confirm the presence of these creep mechanisms. This study also focuses on the kinetics of precipitation of the ’’ hardening phase. The study of the influence of the aging stages on ’’ phase precipitation and on the mechanical properties revealed that there are optimum precipitate sizes. This work also enabled us to analyze the creep behavior of Alloy 718 at high temperature by modeling, on the one hand, the influence of microstructural parameters on the minimum secondary creep rate and, on the other hand, the influence of precipitate coarsening during creep testing
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Cervellon, Alice. "Propriétés en fatigue à grand et très grand nombre de cycles et à haute température des superalliages base nickel monogranulaires." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2018. http://www.theses.fr/2018ESMA0009/document.
Full textAbstract:
Les propriétés en fatigue à grand et très grand nombre de cycles des superalliages base Ni monogranulaires ont été étudiées à 1000°C sous trois fréquences (0.5, 70 et 20000 Hz) et quatre rapports de charge (-1, 0.05, 0.3, 0.8), en prenant le CMSX-4 comme alliage de référence.Dans un premier temps, le régime de fatigue à très grand nombre de cycles a été étudié à 20 kHz. A R = -1, la fissure fatale s’amorce à chaque fois depuis un pore de fonderie en interne et se propage suivant les plans cristallographiques {111}, pour des durées de vie entre 106 et 109 cycles, et ce malgré la présence d’autres défauts tels que les eutectiques ou carbures. Le procédé d’élaboration, en impactant directement la taille des pores de fonderie, contrôle la durée de vie alors que la microstructure a peu d’influence. A R = 0.8, le fluage contrôle la durée de vie en fatigue gigacyclique, et rend alors ce régime sensible à la microstructure et à la composition chimique de l’alliage. Les essais à très longues durées de vie (> 109 cycles) ont également été caractérisés et ont permis de proposer un mécanisme d’amorçage dans ce régime de fatigue.Dans un second temps, l’influence de la fréquence d’essai sur les endommagements dépendants du temps tels que l’oxydation et le fluage, et leur interaction, a été étudiée. A R ≤ 0, diminuer la fréquence d’essai revient à inhiber la criticité des défauts internes en favorisant l’endommagement en surface par oxydation. A R ≥ 0.8, le fluage est l’endommagement conduisant à la rupture des éprouvettes quelle que soit la fréquence de sollicitation ou la durée de vie. Les rapports de charge intermédiaires présentent une interaction importante entre les endommagements en oxydation, fatigue et fluage en fonction de la fréquence de sollicitation et des conditions de chargement. A partir de ces observations, un modèle d’endommagement a été proposé afin de prédire la durée de vie du CMSX-4 et présente des résultats satisfaisants par rapport aux données expérimentalesHigh and very high cycle fatigue properties of Ni-based single crystal superalloys have been studied at 1000°C using three frequencies (0.5, 70, 20000 Hz), four stress ratios (-1, 0.05, 0.3, 0.8) and CMSX-4 alloy as reference.Firstly, the very high cycle fatigue regime (VHCF) has been studied at 20 kHz. At R = -1, fatal crack always initiates between 106 and 109 cycles from an internal casting pore et then propagates in a crystallographic mode, despite the presence of other metallurgical defects such as eutectics and carbides. The elaboration process controls VHCF life under these conditions as it directly affects casting pore size, whereas microstructure has no relevant influence. At R = 0.8, creep controls VHCF life and makes this regime sensitive to microstructure and alloy’s chemical composition. Long term tests (> 109 cycles) have also been characterized and have enabled to propose a crack initiation mechanism operating in the VHCF regime.Secondly, the influence of frequency on time-dependent damages such as oxidation and creep, and their interaction, has been studied. At R ≤ 0, reducing frequency inhibits the harmfulness of internal critical defects by promoting oxidation surface damage. At R ≥ 0.8, creep damage leads to specimens rupture for all frequency test and loading conditions. Intermediate stress ratios present an important interaction between oxidation, fatigue and creep damage according to the frequency and loading conditions. Based on these observations, a damage model that predicts CMSX-4 fatigue life has been proposed and presents satisfying results in comparison to experimental data
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Massard, Ludovic. "Etude du fluage de réfractaires électrofondus du système alumine-zircone-silice." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00150692.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans le cadre du réseau PROMETHEREF, dont le but est d'améliorer les connaissances sur le comportement thermomécanique de réfractaires industriels. Elle s'axe sur l'étude de réfractaires électrofondus : un produit Alumine – Zircone – Silice (AZS) et un matériau à Très Haute Teneur en Zircone (THTZ), matériaux essentiellement utilisés dans la construction des fours verriers. L'objectif de cette étude est de caractériser et de proposer des équations constitutives définissant le comportement en fluage de ces matériaux afin de pouvoir par la suite modéliser leur refroidissement lors de leur fabrication. Dans ce but, différents moyens d'essais mécaniques (flexion, compression, traction) à haute température ont été développés et exploités. On peut notamment citer le développement de dispositif de traction/compression. De conception modulaire, il permet de passer d'un mode de sollicitation à un autre par simple changement de la ligne de chargement et d'atteindre des températures de 1600°C. Son originalité vient principalement de la traction où l'utilisation d'un système de chargement inversé permet d'éliminer toute fixation mécanique de l'éprouvette. Grâce à ce dispositif, nous avons construit une base expérimentale d'essais de fluage anisotherme et isotherme, afin d'appréhender les mécanismes de déformation et de modéliser le comportement mécanique de ces réfractaires. Ces essais ont notamment révélé un comportement dissymétrique en traction et en compression avec, notamment, un comportement en fluage du matériau THTZ atypique. Une première approche de la loi de comportement a été tentée à partir d'une loi dissymétrique à écrouissage cinématique. Cette approche s'est avérée peu concluante nous obligeant à la reformuler, et notamment à ne plus prendre en compte la dissymétrie. Ainsi, les paramètres de traction ont été identifiés pour le matériau THTZ. Les diverses simulations d'essais réalisés ont confirmé la présence d'une dissymétrie de comportement, ainsi que l'importance de l'histoire thermique des matériaux sur le comportement mécanique.
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Boittin, Guylaine. "Expérimentation numérique pour l'aide à la spécification de la microstructure et des propriétés mécaniques d'un superalliage base Ni pour des applications moteurs." Paris, ENMP, 2011. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-01248295.
Full textAbstract:
Une boucle d'optimisation permettant d'optimiser le traitement thermique vis-à-vis de la durée de vie en fatigue d'un disque de turbine haute pression en superalliage à base de nickel N18 a été construite. Cette boucle comporte trois calculs par éléments finis et un post-processing de la durée de vie. Le premier calcul est un calcul thermique qui permet de déterminer l'évolution de la température au cours du traitement thermique en tout point du disque. Le second est un calcul de microstructure qui donne les paramètres microstructuraux, c'est-à-dire le rayon équivalent et la fraction volumique des différentes populations de précipités, en fonction de l'évolution de la température simulée lors du premier calcul. Le troisième calcul consiste à obtenir la réponse mécanique du disque à la sollicitation qu'il subit en service, le comportement en chaque point de Gauss étant dépendant des paramètres microstructuraux résultant du traitement thermique. Afin de construire cette boucle, un modèle de précipitation a été implémenté dans le code ZeBuLoN et calibré pour le N18 à gros grains. De plus, l'influence de la microstructure fine sur le comportement et la résistance en fatigue a été étudiée au moyen d'essais mécaniques spécifiques conduits à 450°C. Ces essais ont montré que la microstructure intragranulaire n'a a priori pas d'influence sur la fonction de durée de vie développée pour les matériaux pour disque. Mais elle a par contre une influence très importante sur la limite d'élasticité du matériau, qui a elle-même une influence directe sur la contrainte moyenne au cycle stabilisé. Et la contrainte moyenne est l'un des paramètres clés gouvernant la résistance en fatigue du matériau. Un modèle multiéchelle a par ailleurs été construit afin de mieux comprendre le rôle de la microstructure fine sur le comportement en fatigue. La boucle d'optimisation intègre un modèle phénoménologique et montre qu'un refroidissement plus lent, aboutissant à une limite d'élasticité plus basse au point critique du disque, permet d'allonger la durée de vie. Cependant, la tenue à l'éclatement constitue aussi un critère dimensionnant du disque et celle-ci requiert quant à elle une bonne résistance mécanique du matériauAn optimization loop allowing the optimization of the thermal treatment toward the fatigue life of the turbine disk in PM Ni-base superalloy N18 is built. This loop is constituted of three finite elements calculations and one post-processing of the fatigue life. The first calculation is a thermal calculation which allows the determination of the evolution of the temperature in each point of the disk. The second one is a calculation of the precipitation, which gives the microstructural parameters, i. E. The volume fraction and the size of the different population of precipitates. The third one is the calculation of the mechanical response of the disc to the service loading. The behavior in each Gauss point is a function of the microstructural parameters deduced from the second calculation. To build this loop, a model of precipitation was implemented in ZeBuLoN code and recalibrated for coarse grained N18. Moreover the influence of the intragranular microstructure on the fatigue behaviour was studied through specific mechanical tests performed at 450°C. This study shown the fatigue life function is a priori no dependant from the intragranular microstructure. But it has a very strong influence on the yield stress, which has a direct impact on the mean stress at the stabilised cycle. And the mean stress is one of the key parameters for the fatigue resistance of the material. A multiscale model was built to account for the role of the fine microstructure on the fatigue behaviour. The optimization loop is built with a phenomenological model and shows that a slower cooling, leading to a lower yield stress at the critical point of the disk allows to enhance the fatigue life. Meanwhile, the resistance to brsting also constitutes a major criterion for the design of the disc and this one requires a good mechanical resistance of the material
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Sawan, Khaled. "Optimisation d'un outillage acier rechargé en superalliage pour forge à chaud." Toulouse, INSA, 1994. http://www.theses.fr/1994ISAT0039.
Full textAbstract:
Lorsque l'on cherche a elever la temperature de l'outillage de forge classique pour ameliorer les conditions de forge de superalliages, les aciers usuels pour ces outillages presentent des caracteristiques mecaniques a chaud insuffisantes, entrainant dans ce cas un risque majeur de deformation plastique en service. Le present travail vise a rechercher des conditions favorables a l'utilisation et la realisation d'un outillage en acier recharge superficiellement en superalliage. Realise dans un contexte industriel, differentes series d'experiences ont ete entreprises: expertise de matrices endommagees, etude systematique des materiaux (acier et superalliages) candidats a la realisation d'outillage recharge ; microstructure et proprietes mecaniques, realisation de blocs acier recharge en superalliage et etude de leurs performances, et utilisation nouvelle du superalliage n18 dans ce contexte, etude parametrique des conditions de soudage plasma a arc transfere pour la realisation de ces outillages. Les informations recueillies dans ces experiences, resituees par rapport a la documentation bibliographique existante, permettent de proposer un certain nombre de demarches necessaires a la bonne realisation d'outillage recharge, au moins dans le cas d'une couche de superalliage deposee par une passe unique de soudage. La sensibilite de la microstructure aux differentes operations mises en jeu est clairement mises en evidence
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Lilensten, Lola. "Etudes structurale et mécanique d'alliages réfractaires de haute entropie de configuration." Thesis, Paris Est, 2016. http://www.theses.fr/2016PESC1132.
Full textAbstract:
Les “alliages à haute entropie (de mélange)” (AHE) sont une nouvelle famille de matériaux prometteurs. Ils sont caractérisés par la formation d'une solution solide à 5 éléments (en proportions équiatomiques) de structure cristalline simple. Dans cette thèse, la composition cubique centrée TiZrNbHfTa est étudiée, proposant une caractérisation en profondeur d’un alliage considéré « de référence » dans la famille des AHE réfractaires.Tout d'abord, la microstructure et la structure de l’alliage (dans son état brut de coulée ou recristallisé) sont étudiées. L’environnement local de sous-systèmes de TiZrNbHfTa est analysé par EXAFS. Le traitement des données est effectué par une double approche d’affinement EXAFS et de simulation Reverse Monte-Carlo couplée à une approche d’algorithme génétique. Un mélange quasi-parfait des différents éléments est obtenu à l’échelle locale et la distribution de distance des premiers voisins devient moins bien définie sous l’effet de l’augmentation des différences entre rayons atomiques.Ensuite, l’impact de la solution solide concentrée sur les propriétés mécaniques et les mécanismes de déformation de l’alliage est étudié. Des essais mécaniques spécifiques sont effectués, conduisant à l’obtention des volumes d’activation et à la partition de la contrainte d’écoulement. Une étude MET complémentaire permet d'analyser les microstructures de déformation. Une très haute limite d’élasticité est obtenue, mais la force de friction de Peierls contrôle de manière classique la déformation de cet alliage à la température ambiante, ce qui conduit à un taux d’écrouissage limité. Une nouvelle approche visant à augmenter cette propriété est finalement proposéeHigh entropy alloys (HEA) are a new promising type of materials. Breaking with the traditional alloying concepts, solid solution(s) based on 5 elements in equiatomic concentration with simple crystal structures are obtained. In this study, the equiatomic composition TiZrNbHfTa is investigated, in order to provide an in-depth characterization of a “reference” body centered cubic refractory HEA.First, the microstructure and structure of the alloy are studied. Thermomechanical treatments procedures are established to access recrystallized microstructures. The local environment is studied by EXAFS in sub-components of the TiZrNbHfTa system. The double approach used, based on EXAFS fit and reverse Monte-Carlo coupled with evolutionary algorithm allowed to quantify both the mixing of the elements at the atomic scale and the lattice distortion. For all the investigated compositions, good mixing is achieved, and the distance distribution of first nearest neighbors becomes less precise with increasing atomic size mismatch.Then, the impact of such concentrated multi-element solid solution on the mechanical properties and the deformation mechanism of the material is investigated by specific tests. The activation volumes and the flow stress partition are extracted. The mechanical results are coupled with a TEM study. This part evidences that the alloy displays an impressive yield strength. However, the high lattice friction controlling the dislocation glide does not differ from classical bcc structures, leading to a rather low work hardening. A new design approach aiming at increasing the work-hardening in such materials is finally proposed, and a proof of concept is given
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Bouhanek, Karima. "Oxydation à haute température de superalliages monocristallins." Toulouse, INPT, 1997. http://www.theses.fr/1997INPT016G.
Full textAbstract:
Les proprietes mecaniques et la resistance a l'oxydation des superalliages monocristallins permettent leur emploi dans la fabrication des aubes de turbines a gaz. Le but de ce travail est de determiner l'influence de leur composition sur les cinetiques d'oxydation entre 900 et 1100c et sur la nature et la microstructure des oxydes et d'etudier la stabilite mecanique des couches d'oxyde formees a 1100c. Les superalliages etudies sont: cmsx2, cmsx4, cmsx6, srr99, mc2, mc2-sihf, am3, am3-sihf, am3-ta, am3-re et am3-pt. L'augmentation du rapport al/cr ou la diminution du rapport ti/ta, diminue la vitesse d'oxydation a 900c. L'addition de si, hf, re et pt ameliore la resistance a l'oxydation a 900 et 1000c mais seuls si et hf gardent le meme effet a 1100c. Les oxydes formes a 900c sont adherents et formes de quatre sous-couches 1- (ni,co)o + (ni,co)cr#2o#4, 2- nitio#3, 3- cr#2o#3 et 4- (al,cr,ti)(ta,ti)o#4. L'oxydation interne de l'aluminium et une zone appauvrie en ' ont ete mises en evidence. A 1100c, les oxydes sont formes de cinq sous-couches 1-(ni, co)o, 2- nitio#3, 3- (ni,co)cr#2o#4 + (ni,co)al#2o#4 4- (al,cr,ti)(ta,ti)o#4 et 5- al#2o#3. Ces oxydes s'ecaillent pendant le refroidissement a des temperatures comprises entre 750 et 300c. L'ecaillage ne depend pas de la vitesse de refroidissement. Lorsque l'ecaillage se produit a basse temperature les zones ecaillees ont une microstructure ou les empreintes des cristallites d'alumine ecaillee sont visibles et lorsque il se produit a plus haute temperature, les surfaces mises a nu pendant le refroidissement se reoxydent. Apres oxydation a 1100c, l'ecaillage est enregistre en continu pendant le refroidissement. Deux types d'ecaillage sont observes : 1- rapide et brutal et 2- lent et progressif. Les essais realises ont permis de determiner la variation de temperature, t, necessaire a l'initiation de l'ecaillage. Les resultats ont ete analyses avec le modele d'evans et lobb decrivant l'ecaillage en absence de deformation plastiques du substrat metallique. T depend de l'epaisseur de la couche d'oxydes et de l'energie de rupture interfaciale. Les elements d'addition si, hf, re et particulierement pt diminuent la valeur de t.
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Jouiad, Mustapha. "Caractéristiques mécaniques et état d'ordre de la phase gamma de superalliages base nickel." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30193.
Full textAbstract:
L'objectif general de cette etude est d'identifier, par deformation in situ dans un microscope electronique a transmission, les mecanismes microscopiques responsables de la deformation de la phase de superalliages base nickel afin de comprendre comment ils interferent dans la deformation du materiau biphase. Cette etude a ete soutenue par la dret (en collaboration avec l'onera et turbomeca) puis a fait partie du dernier groupement scientifique c. P. R. Stabilite structurale des superalliages monocristallins. Il n'y avait eu jusqu'a present, que peu de recherches sur les proprietes intrinseques de cette phase qui constitue les couloirs etroits du materiau biphase. Nous travaillons ici sur des monocristaux de phases #a#m#3, #m#c#2 ainsi que sur un alliage modele prive des trois elements d'addition al, ti, ta connus pour favoriser la precipitation de la phase '. Ces monocristaux ont ete specialement elabores a l'onera, sur la base des analyses a la sonde atomique de d. Blavette. Quatre sortes d'experiences ont ete realisees: - des essais de traction sur eprouvettes macroscopiques, - des observations mesoscopiques au microscope electronique a balayage et au microscope a force atomique, - des observations microscopiques post-mortem au microscope electronique a transmission, - des essais de deformation in situ dans un microscope electronique a transmission. Les resultats obtenus montrent que la contribution de la phase a la resistance du biphase est plus importante qu'on ne le considere habituellement et qu'elle varie suivant l'alliage considere:. Les essais de traction font apparaitre qu'a basses et moyennes temperatures (*96c < t < 500c), les resistances de la phase #m#c#2 et de son alliage modele sont superieures de 15% a celle de la phase #a#m#3. Cette difference est attribuee au degre important d'ordre a courte distance, type do#2#2, favorise par le pourcentage eleve en w qui existe dans la phase #m#c#2. Il est mis en evidence par des experiences de diffusion diffuse aux neutrons. . Les observations mesoscopiques montrent pour des temperatures inferieures a 760c, une heterogeneite de la deformation qui se manifeste par des bandes de glissement contenant une centaine de dislocations. Au-dessus de cette temperature, la deformation semble etre homogene. . A l'echelle microscopique cette heterogeneite apparait aussi. Elle est due a la propagation d'empilements planaires de plusieurs dizaines de dislocations mobiles. En tete de ces empilements les dislocations sont appariees. Nous proposons une methode qui, a partir des positions d'equilibre des dislocations dans un empilement relaxe observe post mortem, permet d'evaluer les contraintes de friction mises en jeu. Ceci nous montre que la resistance de la phase #m#c#2 est la somme de deux contributions: une contrainte de friction faible due a la solution solide mais qui agit sur toutes les dislocations de l'empilement et une autre plus importante liee a l'ordre local, a courte ou a longue distance, suivant la nuance de phase consideree, qui agit sur les dislocations de tete
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Huleux, Vincent. "Comparaison des caractéristiques microstructurales et des propriétés en fluage de superalliages monocristallins à base de nickel de différentes générations." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM027.
Full textAbstract:
Pour améliorer le rendement des moteurs, les parties les plus chaudes, notamment les aubes monocristallines de la turbine haute pression, réalisées en superalliages à base de nickel, doivent faire face à une amplification des sollicitations thermomécaniques. L’objectif de l’étude est de compléter les connaissances sur le rôle des différents éléments d’alliage sur la stabilité microstructurale et les propriétés en fluage, et d’en approfondir la compréhension. Sur la base de ces éléments de réflexion, des critères de composition chimique peuvent être établis pour répondre aux futures exigences de résistance aux contraintes thermomécaniques en service.Cinq superalliages industrialisés de compositions chimiques différentes appartenant aux trois premières générations, ont été étudiés : AM1, René N5, CMSX-4, CMSX-4 Plus et CMSX-10K. Les températures des essais de fluage ont été choisies pour couvrir toute la gamme d’utilisation de ces alliages. Un comparatif détaillé, basé sur les évolutions microstructurales et les mécanismes de déformation se produisant au cours des essais aux différentes températures et sous différentes contraintes, a été réalisé.L’étude s’est plus particulièrement focalisée sur l’analyse des spécificités du CMSX-4 Plus, alliage de troisième génération récemment développé, dont les propriétés en fluage à haute température sont remarquables, et qui pourrait répondre aux besoins des motoristes.On s’est ainsi attaché à :− l’optimisation des paramètres de traitement thermiques de l’alliage ;− l’analyse approfondie de l’effet de la désorientation primaire du monocristal sur sa résistance en fluage à basse température et sous contrainte élevée ; − l’analyse de l’évolution de la mise en radeaux des précipités γ’, de la formation d’un réseau de dislocations ainsi que de la précipitation de phases TCP en fluage à haute températureSingle-crystal nickel-based superalloys have been developed in order to increase the resistance of aeronautic turbine blades to high temperatures and stresses to improve their efficiency. The objective of this study is to increase knowledges about the role of the various alloying elements on microstructural stability and creep properties. Based on these considerations, chemical composition criteria can be established to meet to the next requirements for thermomechanical resistance in service.Five industrialized superalloys with different chemical compositions (from the first to the third generation) were tested: AM1, René N5, CMSX-4, CMSX-4 Plus et CMSX-10K. Temperatures of the creep tests have been chosen to cover the entire range of service temperature of these alloys. A detailed comparison has been performed, based on the microstructural evolutions and the deformation mechanisms occurring during these tests at various temperatures and under various stresses.The study focused on the analysis of the CMSX-4 Plus, a third-generation alloy which has been recently developed, and which shows remarkable high-temperature creep properties.We focused on:- the optimization of the heat treatment parameters for this alloy;- the analysis of the effect of the primary crystal misorientation on its creep resistance at low temperature and high stress;- the analysis of the evolution of γ' precipitates rafting, the formation of the dislocation network as well as the precipitation of TCP phases during creep at high temperature
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Poubanne, Philippe. "Etude et modélisation du comportement mécanique d'un superalliage monocristallin pour aube de turbine." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1989. http://www.theses.fr/1989ECAP0109.
Full text
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Pinot, Laurence. "Comportement mecanique de materiaux composites a base pa-6 : effets de l'elastomere, du taux de fibres et de l'etat de l'interface fibre-matrice." Caen, 2001. http://www.theses.fr/2001CAEN2003.
Full textAbstract:
Pour realiser des pieces de structure pouvant resister au choc mecanique a partir d'un polymere, il faut lui conferer une bonne resilience tout en le rigidifiant. Dans le cas du pa-6, on obtient un materiau moins cassant en le modifiant a l'aide d'un elastomere et on le rigidifie avec des fibres courtes de verre. Dans ce travail, nous avons etudie les roles du taux d'epr (l'elastomere), de la concentration de fibres et de l'etat de l'interface fibre/matrice sur la tenue mecanique de cette famille de composites. Dans ce but, des materiaux modeles intermediaires ont ete elabores et sollicites en tension uniaxiale monotone, statique (fluage), dynamique (fatigue cyclee) et en rupture entaillee. Les resultats indiquent que l'elastomere a un role benefique car il abaisse la contrainte d'ecoulement plastique de la matrice, ce qui induit notamment une bonne resistance a l'amorcage et a la propagation de fissure. Cependant, son taux doit etre maitrise afin de maintenir une plage de contrainte a faible vitesse de fluage la plus large possible. Les resultats qualitatifs issus des observations des modes d'endommagement par meb, des analyses de l'activite acoustique et des courbes de chargement sont valides par les valeurs de contrainte de cisaillement obtenues par une methode simple utilisant la distribution des longueurs des fibres dans les composites. Pour tous les taux de renfort explores, l'emploi de fibres conduisant a une interface peu liee avec le pa-6 modifie epr donne des materiaux aux caracteristiques mecaniques bien inferieures a celles obtenues avec des fibres fortement liees. Dans ce dernier cas, l'augmentation du taux de renfort resulte en une fragilite accrue par les effets conjugues de la reduction de la taille de zone plastique et des energies d'amorcage et de propagation de fissure. La tenue en fatigue en est affectee. Le seul avantage reside dans l'elargissement de la plage de contrainte a faible vitesse de fluage.
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Blotas, Elisabeth. "Influence du rapport Ti-Al sur l'évolution microstructurale, les propriétés mécaniques et notamment la ductilité de fluage de l'alliage 800 grade I (Z 5 NCTA 33-21)." Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112066.
Full textAbstract:
Cette étude a été entreprise sur 5 barres en Alliage 800 grade 1 qui diffèrent entre elles par leurs teneurs en titane et en aluminium. Dans le domaine de température 550-600°C, ces produits sont durcis par précipitation de la phase γ’ - Ni₃ (Ti, Al). La caractérisation de la précipitation et de la coalescence de la phase γ’ en liaison avec l’évolution des propriétés mécaniques a permis de montrer que : - les accroissements de dureté, de limite d’élasticité et de résistance à la traction, ainsi que la résistance au fluage, croissent en fonction des teneurs en titane équivalent (Ti eq = Ti libre + Al/2+Si/16) ). – pour une fraction volumique et une taille de particules données, ces différentes variations ont pu être reliées au rapport (Ti/Al) dans les phases γ’. – aucune dégradation notable de la ductilité de fluage à 600°C n’a été observée. De ce fait, il est difficile de relier les niveaux de ductilité obtenus à la composition chimique des produits étudiésThis work has been carried out on 5 bars of Alloy 800 grade 1 which differ in their titanium and aluminium contents. In the 550-600°C range, these materials are hardened by γ’-Ni₃ (Ti, Al) precipitation. The study of the characteristics of nucleation, growth and coarsening of γ’ and the simultaneous evolution of mechanical properties have shown that : - the degree of increase of hardness, proof and tensile strength, as well as creep strength, rise in relation to equivalent titanium content (Tie q = Ti free + Al/2+Si/16). – for a given volume fraction and mean radius of particles, all these increases are also related to the (Ti/Al) ratio of the particles themselves. – the creep ductility at 600°C is not appreciably affected and it is difficult to find a relationship between this property and the chemical composition, contrary to expectation
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El, Ghachcham Amrani Abdellatif. "Alliages plomb-calcium-étain pour batteries : propriétés mécaniques-structures-résistance à la corrosion en milieu sulfurique : comparaison des plombs primaire et secondaire." Nancy 1, 1995. http://www.theses.fr/1995NAN10043.
Full textAbstract:
Les alliages plomb-calcium-étain sont utilisés pour fabriquer des batteries sans entretien. L'étain joue un rôle important dans l'amélioration des propriétés mécaniques des alliages Pb Ca Sn (fluage et dureté), de la résistance à la corrosion en milieu sulfurique des grilles de la plaque positive, des caractéristiques de conductivité électrique de la couche de PbO responsable de la passivation de la batterie après décharge profonde, et de la mise en forme des alliages Pb Ca Sn en milieu industriel. Suite à une production intensive de plomb secondaire par souci écologique et économique, l'étude comparative entre le plomb primaire et secondaire devient nécessaire. Au cours de cette étude, il s'est avéré que le plomb secondaire ne présente pas de différence significative par rapport au plomb primaire à l'exception d'une perte de masse légèrement plus élevée pendant le test de surcharge. La corrosion est de type intergranulaire. PbO se forme suivant un mécanisme de réaction dans l'état solide contrôlé par la diffusion de l'oxygène. L’étain se trouve sous forme SNIV+ dans la couche de PbO
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Léglise, Mélissa. "Amélioration des propriétés mécaniques et chimiques de superalliages base nickel et base cobalt de fonderie utilisés pour le fibrage du verre fondu à 1000°C - 1100°C." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0228.
Full textAbstract:
Les assiettes de fibrage utilisées pour la production de fibres de verre subissent d’importantes contraintes mécaniques, chimiques et thermiques. Par conséquent, cette pièce se dégrade et doit être périodiquement remplacée. Le but de ces travaux est d’augmenter la durée de vie des assiettes de fibrage en améliorant les propriétés mécaniques et chimiques des superalliages qui les constituent. Plus précisément, l’objectif de cette thèse est, dans un premier temps, d’améliorer les alliages utilisés pour le fibrage à 1000°C, puis dans un second temps, de trouver un superalliage pouvant fibrer à 1125°C. Ces travaux ont été menés sur deux familles de superalliages : base nickel et base cobalt. Les propriétés chimiques ont été caractérisées par des essais thermogravimétriques et les propriétés mécaniques par des essais de fluage flexion 3 points. Pour l’alliage base Ni, l’influence des éléments minoritaires subis, Mn et Si, a été étudiée. Les propriétés mécaniques de cet alliage ont fait, ensuite, l’objet d’essais d’amélioration par l’addition de titane, zirconium, tantale, hafnium et de niobium. L’addition d’aluminium a été aussi expérimentée mais ayant pour but d’améliorer les propriétés chimiques de l’alliage. Enfin, des études ont été aussi menées sur l’addition de métaux nobles (Pd et Ru) et de terres rares (Y, La et Ce). Concernant les superalliages base cobalt, l’étude s’est portée sur un alliage base Co qui a antérieurement montré de bonnes propriétés générales pour une utilisation à 1125°C et non à 1000°C. Des variantes avec une teneur abaissée en tantale, sans hafnium et sans tungstène ont été étudiées. Pour clore ces travaux, l’augmentation de la teneur en nickel et un traitement thermique ont été étudiés afin d’améliorer la résistance à l’oxydation de ce second alliageThe fiberizing spinners used to produce the glass fibers undergo sizable mechanical, chemical and thermal solicitations. Therefore, this piece is degraded and must be periodically replaced. The purpose of these works is to increase the lifetime of the fiberizing spinners by improving the mechanical and chemical properties of the superalloys that constitute them. More precisely, the objective of this thesis is, in the first time, to improve the alloys used to fiberize at 1000°C, and in a second time, to find a superalloy that can fiberize at 1125°C. These works are focused on two families of superalloys: nickel-based and cobalt-based. The chemical properties are characterized by the thermogravimetry tests and the mechanical properties by 3 points flexural creep tests. For the Ni-based alloy, the influences of unwanted minority elements, Mn and Si, were studied. The mechanical properties of this alloy are subject to improvement tests by the addition titanium, zirconium, tantalum, hafnium and niobium. The aluminium addition was also experimented but with the aim of improving the chemical properties of the alloy. Finally, the studies were also driven on the addition of noble metals (Pd and Ru) and of rare earths (Y, La and Ce). Concerning the cobalt-based superalloys, the study focused on an alloy which has previously shown good general properties to be used at 1125°C and no at 1000°C. The versius with a lowered content in tantalum, without tungsten and without hafnium were studied. To close this work, the increase of nickel and a heat treatment were studied in order to improve the oxidation resistance of this second alloy
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Espie, Laurent. "Etude expérimentale et modélisation numérique du comportement mécanique de monocristaux de superalliages." Paris, ENMP, 1996. http://www.theses.fr/1996ENMP1365.
Full textAbstract:
Ce travail s’est attaché à caractériser expérimentalement et par des calculs par éléments finis les comportements mécaniques de monocristaux de superalliages avant d’effectuer une modélisation qui tienne compte des évolutions microstructurales du matériau en fonctionnement. Nous avons voulu quantifier l’influence du caractère biphasé g/g’ sur les propriétés microscopiques de ces alliages. Pour cela, différents traitements thermomécaniques assurant la transformation des g’ cuboidaux en différentes morphologies coalescées ont été effectués sur un alliage contenant 68% de phase g’. Ces structures dites en « radeau » ont été ensuite soumises à des essais mécaniques variés, mettant en évidence d’une part l’influence de l’orientation, d’autre part la forte baisse des propriétés mécaniques suite à la coalescence. L’évolution de la distance entre deux précipités (étude TEM) s’est avérée être le paramètre pertinent permettant de comprendre les importantes modifications des propriétés mécaniques. Des calculs par la méthode des éléments finis ont été réalisés. Ils ont confirmé la localisation des contraintes dans certaines zones autour des précités. Les valeurs détenues sont très proches de celles obtenues par une modélisation de type élément de volume qu a été développé en parallèle. Une écriture biphasée du comportement a été utilisée avec la prise en compte d’une taille caractéristique à l’échelle du précité. Cette modélisation permet d’offrir une bonne description du comportement mécanique de l’alliage à tous les stades de son évolution microstructurale.
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Revel, Philippe. "Étude du comportement et de l'endommagement d'un superalliage base cobalt soumis à la fatigue thermique." Compiègne, 1991. http://www.theses.fr/1991COMPD395.
Full textAbstract:
L'objectif essentiel de ce travail était de simuler, puis de modéliser les effets de la fatigue thermique sur un revêtement en superalliage base cobalt (Stellite 21) dépose par arc plasma semi-transféré, sur un substrat en acier peu allié (25CD4). La complexité des champs thermomécaniques mis en jeu dans une structure sollicitée en fatigue thermique nous a conduit à mener le travail simultanément suivant trois axes bien distincts : étude de l'évolution microstructurale du revêtement sollicité en fatigue thermique et mécanique, étude du comportement et de l'endommagement en condition isotherme d'un élément de volume du matériau, calcul par la méthode des éléments finis du comportement de la structure cyclée dans des conditions anisothermes. Les principaux éléments à noter sont : le dépôt présente une texture de « fibre » mise en évidence par diffraction neutronique; l'identité du mode de déformation de la Stellite 21 pour les différents types de sollicitation : formation de la phase de martensite ; le rôle de la précipitation de carbures à haute température sur l'évolution des variables internes du modèle viscoplastique; l'identification, dans la plage de température étudiée (20 - 700°C) du comportement mécanique du revêtement et de son substrat; le calcul en viscoplasticité anisotherme du comportement thermomécanique de la structure bi-matériau et une évaluation de la cinétique d'endommagement du revêtement.
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Léglise, Mélissa. "Amélioration des propriétés mécaniques et chimiques de superalliages base nickel et base cobalt de fonderie utilisés pour le fibrage du verre fondu à 1000°C - 1100°C." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0228.
Full textAbstract:
Les assiettes de fibrage utilisées pour la production de fibres de verre subissent d’importantes contraintes mécaniques, chimiques et thermiques. Par conséquent, cette pièce se dégrade et doit être périodiquement remplacée. Le but de ces travaux est d’augmenter la durée de vie des assiettes de fibrage en améliorant les propriétés mécaniques et chimiques des superalliages qui les constituent. Plus précisément, l’objectif de cette thèse est, dans un premier temps, d’améliorer les alliages utilisés pour le fibrage à 1000°C, puis dans un second temps, de trouver un superalliage pouvant fibrer à 1125°C. Ces travaux ont été menés sur deux familles de superalliages : base nickel et base cobalt. Les propriétés chimiques ont été caractérisées par des essais thermogravimétriques et les propriétés mécaniques par des essais de fluage flexion 3 points. Pour l’alliage base Ni, l’influence des éléments minoritaires subis, Mn et Si, a été étudiée. Les propriétés mécaniques de cet alliage ont fait, ensuite, l’objet d’essais d’amélioration par l’addition de titane, zirconium, tantale, hafnium et de niobium. L’addition d’aluminium a été aussi expérimentée mais ayant pour but d’améliorer les propriétés chimiques de l’alliage. Enfin, des études ont été aussi menées sur l’addition de métaux nobles (Pd et Ru) et de terres rares (Y, La et Ce). Concernant les superalliages base cobalt, l’étude s’est portée sur un alliage base Co qui a antérieurement montré de bonnes propriétés générales pour une utilisation à 1125°C et non à 1000°C. Des variantes avec une teneur abaissée en tantale, sans hafnium et sans tungstène ont été étudiées. Pour clore ces travaux, l’augmentation de la teneur en nickel et un traitement thermique ont été étudiés afin d’améliorer la résistance à l’oxydation de ce second alliageThe fiberizing spinners used to produce the glass fibers undergo sizable mechanical, chemical and thermal solicitations. Therefore, this piece is degraded and must be periodically replaced. The purpose of these works is to increase the lifetime of the fiberizing spinners by improving the mechanical and chemical properties of the superalloys that constitute them. More precisely, the objective of this thesis is, in the first time, to improve the alloys used to fiberize at 1000°C, and in a second time, to find a superalloy that can fiberize at 1125°C. These works are focused on two families of superalloys: nickel-based and cobalt-based. The chemical properties are characterized by the thermogravimetry tests and the mechanical properties by 3 points flexural creep tests. For the Ni-based alloy, the influences of unwanted minority elements, Mn and Si, were studied. The mechanical properties of this alloy are subject to improvement tests by the addition titanium, zirconium, tantalum, hafnium and niobium. The aluminium addition was also experimented but with the aim of improving the chemical properties of the alloy. Finally, the studies were also driven on the addition of noble metals (Pd and Ru) and of rare earths (Y, La and Ce). Concerning the cobalt-based superalloys, the study focused on an alloy which has previously shown good general properties to be used at 1125°C and no at 1000°C. The versius with a lowered content in tantalum, without tungsten and without hafnium were studied. To close this work, the increase of nickel and a heat treatment were studied in order to improve the oxidation resistance of this second alloy
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Lee, Jiwon. "Novel fabrication of Alloy 625 and MCrAlY bond coat by laser powder bed fusion and microstructure control A novel approach to the production of NiCrAlY bond coat onto IN625 superalloy by selective laser melting Influence of heat treatments on microstructure evolution and mechanical properties of Inconel 625 processed by laser powder bed fusion A new observation of strain-induced grain boundary serration and its underlying mechanism in a Ni–20Cr binary model alloy Heat treatments design for superior high-temperature tensile properties of Alloy 625 produced by selective laser melting High temperature oxidation of NiCrAlY coated Alloy 625 manufactured by selective laser melting." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2020. http://www.theses.fr/2020EMAC0008.
Full textAbstract:
Dans cette étude, l'alliage 625 a été élaboré par l'une des méthodes de fabrication additive (AM) les plus couramment utilisées, la fusion laser sélective sur lit de poudre (L-PBF), et ses propriétés mécaniques ont été évaluées à différentes températures. L'alliage 625 fabriqué par L-PBF a montré une résistance élevée et un allongement à la rupture médiocre. Ainsi, des traitements thermiques ont été appliqués pour améliorer ses performances. Un traitement thermique de mise en solution à une température supérieure à 1000 °C a été appliquée à l'alliage L-PBF 625, ce qui a entraîné une recristallisation en raison de l’énergie stockée par le matériau attribuée à la forte densité de dislocations présentes dans l’alliage. Cette microstructure modifiée a montré une résistance satisfaisante lors des essais de traction à température ambiante (résistance plus élevée que l'alliage corroyé 625 et allongement supérieur à l'alliage L-PBF brut de fabrication). À l'étape suivante, l'alliage L-PBF 625 recristallisé a été soumis à un traitement thermique de Grain Boundary Serration (GBS, dentelure des joints de grains) pour améliorer ses propriétés mécaniques à haute température. Comme il s'agissait de la première tentative pour générer la GBS d'un alliage à haute teneur en Nb, il était d'abord important de comprendre le mécanisme GBS. Pour induire le GBS, il est nécessaire que les larges atomes de soluté se déplacent près des joints de grains (GB). Par conséquent, le traitement thermique GBS a été modifié pour être appliqué à l'alliage L-PBF 625. Le traitement thermique de GBS spécialement conçu a réussi à induire pour la première fois les motifs en zigzag des GB dentelés. Cet alliage GB-L-PBF dentelé 625 a montré des propriétés mécaniques améliorées à haute température en termes de ductilité accrue et d'élimination de l'effet de vieillissement dynamique (DSA). Pour améliorer davantage les propriétés à haute température de l'alliage L-PBF 625, un revêtement de liaison NiCrAlY a été nouvellement appliqué au substrat en alliage 625 par la même méthode (L-PBF) pour améliorer l'efficacité du processus de production et augmenter la résistance à l'oxydation/corrosion à haute température. Bien que leurs différentes propriétés thermiques aient conduit à de nombreux essais et erreurs dans la fabrication du matériau, les paramètres optimaux ont été définis et vérifiés pour évaluer le potentiel de commercialisation du procédé. La caractéristique de refusion du L-PBF a induit une bonne liaison entre le substrat et le revêtement, ce qui indique une bonne stabilité. Le comportement à l'oxydation de l'alliage 625 revêtu de NiCrAlY a été caractérisé par analyse thermo-gravimétrique (TGA) et des tests de chocs thermiques ; les résultats ont indiqué que le nouveau matériau avait une résistance à l'oxydation plus élevée que l'alliage 625 brut de fabrication. Par conséquent, le traitement thermique de GBS associé à un revêtement NiCrAlY efficace peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques à haute température de l'alliage 625 fabriqué par L-PBFIn this study, Alloy 625 was fabricated by one of the most commonly used additive manufacturing (AM) methods, laser powder bed fusion (L-PBF), and its mechanical properties were evaluated at various temperatures. The L-PBF fabricated Alloy 625 showed high strength and relatively poor elongation. Thus, some heat treatments were applied to improve its performance. A solid-solution heat treatment with a temperature of more than 1000 °C was applied to the L-PBF Alloy 625, resulting in recrystallization because of high energy stored within the alloy attributed by high density of dislocations. This modified microstructure of the L-PBF Alloy 625 sample showed the required strength under tensile testing at room temperature (higher strength than wrought Alloy 625 and greater elongation than L-PBF as-built alloy). In view of enhancing mechanical properties at high temperature, a grain boundary serration (GBS) heat treatment was specifically designed for L-PBF Alloy 625. Because this was the first attempt to produce GBS in a high-Nb-content alloy, it was necessary to understand its mechanism first. To induce GBS, it is necessary for large solute atoms to move near the grain boundaries (GBs). Therefore, the GBS heat treatment was modified for application to the L-PBF Alloy 625. The specially designed GBS heat treatment successfully induced the zigzag patterns of serrated GBs for the first time. This GBS L-PBF Alloy 625 showed improved high-temperature mechanical properties in terms of increased ductility and elimination of the dynamic strain aging (DSA) effect at elevated temperatures. To further improve the high-temperature property of the L-PBF Alloy 625, NiCrAlY bond coat was applied to the Alloy 625 substrate by the same method (L-PBF) for the first time to improve the efficiency of the production process and increase the resistance to oxidation. Although their different thermal properties led to many trials and errors in the manufacturing of the material, the optimal parameters for applying NiCrAlY bond coat deposition by L-PBF were set and verified to assess the potential for the process to be commercialized. The remelting characteristic of L-PBF induced good metallurgical bonding between the substrate and coating, which indicates good stability. The oxidation behavior of the NiCrAlY-coated Alloy 625 was characterized by thermal gravimetric analysis (TGA) and thermal shock testing; the results indicated that the novel coated material had higher resistance to oxidation than bulk Alloy 625. Therefore, the GBS heat treatment together with efficient NiCrAlY coating can greatly improve the high-temperature mechanical properties of L-PBF manufactured Alloy 625
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Dumont, Alice. "Effet des paramètres de traitements thermiques sur la microstructure et les propriétés mécaniques d'un superalliage base nickel élaboré par métallurgie des poudres." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00963714.
Full textAbstract:
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.
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Le, Baillif Paul. "Prise en compte des évolutions de la précipitation gamma prime dans la modélisation du comportement mécanique en traction du PER72® au cours du traitement thermique : application à la prévision des contraintes résiduelles après trempe." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2018. http://www.theses.fr/2018EMAC0013.
Full textAbstract:
Le PER72® est un superalliage à base de nickel élaboré par Aubert & Duval, utilisé pour la fabrication de disques de turbines de moteurs d'hélicoptères. Dans le cadre de son élaboration, l'alliage subit un traitement thermique qui lui confère ses bonnes propriétés mécaniques, mais qui peut aussi être à l'origine de contraintes résiduelles pouvant fragiliser la pièce. L'objectif de ce travail de thèse consiste à étudier le traitement thermique de ce superalliage et proposer des lois de comportements mécaniques afin d'estimer les contraintes résiduelles créées lors de l'élaboration des disques. Les conditions de traitement thermique sont étudiées. D'une part, l'effet de la vitesse de refroidissement sur les propriétés de l'alliage est investigué. D'autre part, pour chaque vitesse de refroidissement, la trempe est interrompue à différentes températures pour procéder à des essais mécaniques de traction à chaud. Pour ce faire, un outillage permettant de réaliser le traitement thermique des éprouvettes directement sur la machine d'essai a été spécialement développé. De plus, pour chaque condition d’essai, une caractérisation de la microstructure des éprouvettes post-mortem est réalisée. En particulier, la taille et la fraction volumique des précipités de phase gamma' sont étudiées. L'objectif premier est de comprendre l'influence des conditions de traitement thermique sur les propriétés mécaniques et la microstructure de l'alliage. Dans un second temps, un lien entre la microstructure et les propriétés mécaniques est discuté. Enfin, un modèle de comportement thermomécanique adapté à la trempe est formulé. Dans sa formulation, ce modèle prend en compte les paramètres microstructuraux identifiésPER72® is a nickel-base superalloys developed by Aubert & Duval. This alloy is used in helicopter engine turbine disk manufacturing. During the elaboration, a heat treatment provides the alloy his good mechanical properties, but it can also be at the origin of residual stress that can affect the disk capabilities.The objective of this work is to study the heat treatment and formulate mechanical behaviour law in order to estimate residual stress generated during the process. The heat treatment conditions are studied. On one hand, the effect of cooling rate on mechanical properties is investigated. On the other hand, for each studied cooling rate, the quench is interrupted at a testing temperature to carry out a tensile test. A special testing device has been developed in order to carry out the heat treatment of alloy specimens directly on the testing machine. Moreover, for each testing condition, the microstructure is characterized. In particular, precipitate size and volume fraction have been measured. The first objective is to understand the influence of quenching conditions on mechanical properties and microstructure. A link between the microstructure and the mechanical properties is then discussed. Finally, a thermo-mechanical behaviour law is formulated. This model takes the identified microstructural parameters into account
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Revaud, Meriadeg. "Optimisation métallurgique du superalliage à base de Nickel 718Plus." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00957905.
Full textAbstract:
Les superalliages à base de nickel sont très utilisés pour la réalisation des parties chaudes des turbomoteurs aéronautiques. Ainsi le superalliage Inconel 718 est utilisé pour la fabrication de pièces telles que les disques de turbines. Ce superalliage est fortement utilisé car il associe de bonnes propriétés mécaniques jusqu'à 650°C à un coût raisonnable. Au début des années 2000, ATI Allvac a développé un nouveau superalliage à base de nickel dans le but de concurrencer l'Inconel 718. Ce nouvel alliage, nommé ATI 718Plus, promet des propriétés mécaniques supérieures que celles de l'Inconel 718 pour une utilisation pouvant aller jusqu'à 700°C. Pour obtenir de bonnes propriétés mécaniques jusqu'à 700°C, la composition chimique de l'alliage ATI 718Plus a été établi par ATI Allvac, de façon à obtenir la phase intragranulaire !' comme phase durcissante, et la phase intergranulaire " comme dans l'Inconel 718. L'objectif de l'étude a été dans un premier temps de comprendre la microstructure de l'alliage. Pour cela des analyses en MEB et en MET ont été menées sur un grand nombre d'échantillons, traités à diverses températures et pour divers temps, de façon à identifier la nature cristallographique et chimique et la cinétique de précipitation des phases présentes dans l'alliage. Dans un second temps l'étude a consisté à caractériser la microstructure et les propriétés mécaniques en traction et en fluage de l'alliage ATI 718Plus traité selon neuf gammes de traitements thermomécaniques différentes. Ensuite l'étude a permis de tester trois gammes de traitements thermomécaniques dont nous avons défini les paramètres grâce aux résultats précédents de manière à optimiser la microstructure dans l'objectif d'améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage. Les essais de traction réalisés sur une grande varieté de microstructures et pour différentes températures ont également permis de caractériser la sensibilité de l'alliage ATI 718Plus au phénomène de Portevin - Le Chatelier.
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Conrath, Élodie. "Élaboration et caractérisation de superalliages base chrome pour utilisation lors du fibrage centrifuge du verre à très haute température." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0018.
Full textAbstract:
Le procédé industriel TEL permet de fabriquer de la laine de verre en fibrant du verre en fusion. La pièce principale de ce procédé est « l’assiette de fibrage », qui est soumise à de nombreuses contraintes en service (oxydation, corrosion, érosion et fluage). Elle est actuellement élaborée par fonderie et réalisée en superalliage base nickel ou base cobalt. Fibrer de nouveaux types de verre impliquant des températures de travail plus élevées nécessite un nouveau type de superalliage. Le chrome est un candidat idéal pour être l’élément principal d’une assiette de par sa haute température de fusion et de par la résistance qu’il apporte aux superalliages usuels contre l’oxydation et la corrosion grâce à la formation d'une couche de chromine continue à la surface des alliages. Durant ces travaux de doctorat, une centaine d'alliages base chrome de compositions différentes ont été réalisés par fonderie. La découpe de tels alliages a montré un fort manque de ductilité à température ambiante. Des tests de dureté à température ambiante, d'oxydation et de fluage à haute température ont été menés. Une caractérisation métallographique complète a été réalisée sur ces alliages (DRX, MEB, microsonde de Castaing) à l'état brut de coulée, après recuit isotherme et après oxydation isotherme. L’étude approfondie d’alliages simples a permis de découvrir des compositions permettant de régler le problème de fragilité. Les alliages ont ensuite été complexifiés avec l'ajout d'autres éléments, permettant alors de corriger certains problèmes inhérents à des alliages à base de chromeThe TEL process is used to produce glass wool at very high temperature. The main piece of this process is the “spinner”, which is exposed, in service, to numerous operating constraints (oxidation, corrosion, erosion and creep). This spinner is currently made of cobalt- or nickel-based superalloys and is fabricated by casting. To fiberize new glasses or to increase the current maximal fiberizing temperature, a new type of superalloy is required. Chromium is an ideal candidate to be the principal element of a new superalloy because of its very high melting point and its ability to develop a chromia protective scale against oxidation and corrosion at high temperature, reason for which it is usually added to many classical superalloys. During this Ph.D work, the synthesis and the study of more than a hundred of chromium-based alloys with different chemical compositions was done by casting. These alloys are brittle at room temperature during their cutting. Laboratory tests of hardness at room temperature, oxidation and 3 points flexural creep at high temperature were performed. Metallographic characterisations were carried out (XRD, SEM, EPMA) on all alloys in their as-cast state, after isothermal annealing or isothermal oxidation. The detailed study of simple alloys permitted to discover some compositions removing the brittleness problem of these alloys. Then, the enrichment of the composition of the alloys by addition of new elements, allowed to correct some inherent problems of chromium-based alloys
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Brien, Valérie. "Etude par microscopie électronique en transmission des mécanismes de déformation d'un superalliage à base de nickel en fatigue oligocyclique à haute température." Paris 11, 1995. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02985973.
Full textAbstract:
Afin de comprendre les mécanismes structuraux de déformation dans les superalliages monocristallins sous fatigue oligocyclique nous avons réalisé des essais à 950 °C (1223K), à la fréquence 0. 25Hz, à déformation totale imposée avec R epsilon = εmin / εmax= 0 ou -1, selon l'axe cristallographique <001>. En fatigue R epsilon = 0, nous dégageons un comportement général des microstructures de déformation en fonction de deux paramètres qui sont la déformation totale imposée et le nombre de cycles. Ainsi, une simple traction provoque la localisation de réseaux de dislocations aux interfaces matrice/précipité perpendiculaires à <001> de telle manière que les dislocations excitées soient celles qui relaxent l'écart paramétrique. Plus la déformation totale imposée est forte ou plus le nombre de cycles est grand, plus la déformation se répartit de façon homogène (extension aux couloirs verticaux) tout en réduisant l'écart paramétrique entre les deux phases. Une coalescence de type N est notée dès 200 cycles pour les petites quantités de déformation totale imposée. En fatigue R epsilon = -1, nous montrons que la compression déforme les couloirs verticaux sans apparition de réseaux puisqu'un seul système de glissement y est sollicité. La traction déforme toujours les couloirs horizontaux de la même manière qu'en fatigue répétée. Nous montrons par ailleurs l'apparition extrêmement rapide (dès 115 cycles) de la coalescence dirigée de type N (identique à celui obtenu en fluage traction pour ce type de superalliage). La synthèse de ces résultats, enrichie de considérations sur l'évolution des contraintes internes (contraintes de cohérence et contraintes dues à l'écart paramétrique) nous a permis de proposer un modèle de comportement qui prédit (que ce soit en fatigue R epsilon = 0, R epsilon = -1, en traction ou compression) la nature et la localisation des systèmes de glissement activés ainsi que la distribution qualitative des contraintes internes du superalliageIn order to understand the structural mechanisms of deformation in low cycle fatigued single-crystal superalloys, total deformation imposed with R epsilon = εmin / εmax= 0 or -1, according to crystallographic axis <001> tests were carried out tests at 950 °C (1223K), at the frequency 0. 25Hz. In R epsilon = 0 fatigue, we derive a general behaviour of the microstructures of deformation according to two parameters which are the total deformation imposed and the number of cycles. Thus, a simple tension causes the localization of dislocation networks at matrix/precipitated interfaces perpendicular to <001> so that excited dislocations are those that relax the parametric deviation. The greater the total deformation imposed or the greater the number of cycles, the more homogeneous the deformation spreads out to the vertical channels. Dislocations reduce the parametric misfit between the two phases. Type N coarsening is observed at 200 cycles for small amounts of total deformation imposed. In R epsilon = -1 fatigue, we show that compression deforms the vertical channels without the formation of networks since only one deformation glide sliding system is excited. Tension always deforms the horizontal channels in the same manner as in repeated fatigue. We also show that N type coarsening (identical to that obtained in tension creep for this type of superalloy) occurs very fast, as soon as 115 cycles. The synthesis of these results, enriched with considerations on the internal stresses (coherence stresses and stresses due to parametric deviation/misfit) allowed us to propose a model of behaviour that predicts (whether in fatigue R epsilon = 0, R epsilon = -1, in tension or compression) the nature and location of the active gliding systems as well as the qualitative distribution of the internal stresses of the superalloy
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Tréhorel, Roxane. "Comportement mécanique haute température du superalliage monocristallin AM1 : étude in situ par une nouvelle technique de diffraction en rayonnement synchrotron." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0055/document.
Full textAbstract:
Les superalliages monocristallins base nickel sont largement utilisés dans les parties chaudes (aux alentours de 1000°C) des turbines aéronautiques au vu de leur bonne résistance thermomécanique. Pendant le stade II du fluage leur microstructure est formée d’une matrice/couloirs γ (CFC) et de précipités en radeaux γ’ (L12). Le but de cette étude est de mieux comprendre la plasticité de ces matériaux, en particulier celle de l’alliage de 1ère génération AM1. Afin de suivre son comportement mécanique durant des transitions rapides, une nouvelle technique expérimentale par diffraction en transmission des rayons X (synchrotron) a été développée. L’utilisation d’une caméra en champ lointain permet d’enregistrer (une acquisition prend 7 secondes) la tache de diffraction (200) de chacune des deux phases, et donc l’évolution en temps réel du désaccord paramétrique entre les deux phases. En utilisant un modèle mécanique simplifié, il est possible d’en déduire les contraintes internes et la déformation plastique de chaque phase. Une campagne d’essai sur la ligne ID11 de l’ESRF a été réalisée avec cette technique. Deux types d’échantillons présentant une microstructure initiale différente, obtenues par des traitements thermiques adaptés, ont été testés. Ils ont été soumis in situ à des essais de fluage à température constante avec des sauts de contrainte. Après essai, les échantillons ont été caractérisés par MET et MEB afin de déterminer leur microstructure, vérifier les désorientations des échantillons, cartographier la concentration de certains éléments et évaluer la densité de dislocations au sein des radeaux γ’. Dans les couloirs γ, la propagation des dislocations nécessite une contrainte de Von Mises supérieure à la contrainte d’Orowan, et la densité de dislocations mobiles augmente avec la déformation plastique. Le mécanisme limitant la déformation plastique par montée de la phase γ’ est vraisemblablement l’entrée des dislocations dans les radeaux. Les conséquences déduites de cette hypothèse sont détaillées ainsi que le comportement mécanique du matériau résultantNickel-based single crystal superalloys are extensively used for turbines blades (above 1000°C) of aeronautical engines because of their good thermomechanical properties. During stage II of creep, their microstructure consists of a γ matrix (fcc) and raft precipitates γ’ (L12). The aim of this work is to improve the understanding of plasticity of this type of alloy, especially the first generation AM1 superalloy. To follow his mechanical behaviour during fast transients, a new experimental setup using synchrotron radiation diffraction in transmission geometry was developed. A far field camera allows the recording of the (200) diffraction spot of each phase, i.e. the evolution of the lattice misfit in real time (one acquisition takes 7 seconds). By using a simple mechanical model, it is possible to determine the internal stresses and the plastic strains for both phases. An experimental campaign was performed at ID11 beamline of ESRF using this new technique. Two sample types with different initial microstructure (obtained with adapted heat treatments) were tested in situ. They underwent load jumps under high-temperature creep conditions. Further post mortem investigations by SEM and TEM were performed to determine their microstructure, to check on misorientations, map some elements composition and estimate the dislocation density within the γ’ rafts. In the γ channels, dislocation propagation occurred when the Von Mises stress was larger than the Orowan stress. The mobile dislocations density increases with γ plastic strain. The limiting mechanism for γ’ plastic strain is presumably the entry of dislocation within the γ’ rafts. Under this assumption we deduce the mechanisms of interactions between dislocations, vacancies, and pores within the material, and the mechanical behaviour of the γ’ rafts
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Le, Graverend Jean-Briac. "Etude et modélisation des effets d'incursion à très haute température sur le comportement mécanique d'un superalliage monocristallin pour aubes de turbine." Phd thesis, ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00834830.
Full textAbstract:
Ce travail s'inscrit dans le contexte de la modélisation et de la prévision de la durée de vie des aubes de turbine haute pression des turbines à gaz. Ces pièces sont réalisées en superalliage monocristallin base nickel tel que le MC2, matériau principal de l'étude. En service, ces dernières sont soumises à des conditions extrêmes de température et de contrainte. Des régimes d'urgence, dits O.E.I. (.One Engine Inoperative.), peuvent aussi survenir sur un hélicoptère bi-moteur : un des deux moteurs s'arrête ce qui provoque une augmentation de la température en sortie de chambre de combustion pour le moteur restant en fonctionnement. Dans le cadre de ce travail, le comportement anisotherme en fluage et en fatigue/fluage du superalliage monocristallin a été étudié afin de déterminer les répercussions des surchauffes à 1200. sur le comportement mécanique ultérieur à 1050. Il a pu être déterminé que le temps de pré-endommagement avant la surchauffe joue un rôle capital vis-à-vis de la durée de vie post-surchauffe. Cette influence est très dépendante de l'état microstructural du matériau sur lequel est réalisée la surchauffe (morphologie des précipités γ ', contraintes de cohérence entre les phases γ et γ '). Du point de vue des mécanismes d'endommagement, il a aussi été constaté que le niveau de température a une importance majeure en modifiant les contraintes de cohérence entre les deux phases γ et γ '. L'état microstructural jouant un rôle majeur sur la durée de vie lors des essais isothermes et anisothermes, une étude de l'évolution de la microstructure γ /γ' autour des particules de phase intermétallique μ a été faite, ainsi qu'une mesure expérimentale de l'évolution de la porosité, mesurée par des analyses tomographiques grâce à des essais de fluage multi-interrompus à haute température. Ceci a permis d'aboutir à un paramètre de dommage, à la frontière entre métallurgie et mécanique, prenant en compte les évolutions microstructurales. La coalescence orientée se déroulant à haute température, connue sous le nom de mise en radeaux, a une forte influence sur le comportement et l'endommagement des superalliages monocristallins. Ainsi, un nouveau modèle de mise en radeaux, prenant en compte la vitesse de sollicitation, a été implémenté dans le modèle de plasticité cristalline couplé comportement/endommagement Polystar. Ceci a permis d'améliorer la modélisation des essais longs. D'autres modifications ont été effectuées afin d'améliorer la modélisation lors des essais cycliques et de relaxation. Ce nouveau modèle a été testé et validé sur une éprouvette bi-entaillée générant des champs mécaniques multiaxiaux pendant un essai de fluage complexe anisotherme.