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Dissertations / Theses on the topic 'Superalliages à base Ni'
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Tézenas, du Montcel Henri. "Ingénierie des joints de grains dans les superalliages à base de nickel." Thesis, Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2012ENMP0006/document.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré à l'étude de l'ingénierie des joints de grains dans les superalliages à base de Nickel pour disques de turbines aéronautiques. L'ingénierie des joints de grains a montré son efficacité dans l'amélioration des propriétés en fatigue et en fluage dans certains alliages de cuivre et de nickel. Cette amélioration est obtenue en réalisant une succession de déformations à température ambiante séparées par des traitement thermiques. Ce traitement a pour objectif de modifier la distribution du réseau de joints de grains. L'objectif de l'étude est d'adapter ces traitements au procédé du forgeage à haute température des superalliages. Une étude expérimentale est menée pour mettre en évidence l'influence des paramètres de forgeage sur les caractéristiques du réseau de joints de grains. La caractérisation de ce réseau est faite grâce à la réalisation de cartographies d'orientations cristallographiques par EBSD. Une méthode de caractérisation innovante basée sur la discrétisation des cartographies en réseaux de points triples est proposée. Cette méthode permet d'analyser la connectivité du réseau de joints de grains en vue d'une corrélation avec les propriétés mécaniquesThis work is dedicated to the study of Grain Boundary Engineering in Ni-based superalloys for aircraft turbine disk. The grain boundary engineering has proven its efficiency for the improvement of the fatigue and creep properties of copper and nickel alloys. This improvement is achieved by performing a succession of room temperature deformations interspaced by heat treatments to modify the distribution of the grain boundary network. The aim of the study is to adapt these processes to high temperature forging of superalloys. An experimental study is achieved to highlight the influence of forging parameters on the grain boundary network. The characterization of the grain boundary network is made through the completion of crystallographic orientation mapping by EBSD. An innovative characterization method based on the discretization of orientation maps in a triple junction network is proposed. This method allows to analyze the connectivity in the grain boundary network with the objective of a correlation with mechanical properties
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Ter-Onvanessian, Benoît. "Etude comparative de différents superalliages base Ni pour ressorts de systèmes de maintien." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0021/document.
Full textAbstract:
Les systèmes de maintien situés sur les structures assemblages-combustibles des réacteurs nucléaires à eau sous pression (REP) sont constitués d'un empilement de lames qui agissent à la fois, comme élément accommodant les incompatibilités thermiques résultant des différences de coefficients de dilatation Acier, alliages de zirconium et principalement, comme système permettant de limiter les effets hydrodynamiques induits par le passage du fluide caloporteur à travers les assemblages. Actuellement, l'alliage 718 est le matériau constitutif de ces ressorts à lames. Il présente les performances en service nécessaires et suffisantes pour répondre aux sollicitations de ces systèmes ainsi qu'aux exigences des autorités de sûreté (dans les conditions actuelles de fonctionnement des REP). Or, dans le cadre de l'augmentation des performances générales des assemblages combustibles, l'emploi d'autres matériaux, dont les propriétés de relaxation sous flux neutronique sont supérieures à celles du 718, est envisagé par AREVA. Les matériaux étudiés sont principalement des superalliages base Ni, tels que les nuances 625+ et 725 qui à l'instar de l'alliage 718 durcissent par précipitation de phases secondaires, ainsi que des nuances d'alliage 718 riche en Molybdène. Cependant, bien que ces nouveaux matériaux présentent une relaxation sous flux neutronique améliorée, ils doivent répondre également à un cahier des charges strict, propre à leur utilisation en centrale : des propriétés mécaniques équivalentes, une bonne résistance à la corrosion sous contrainte (CSC) et une bonne résistance à la fragilisation par l'hydrogène (FPH) en milieu primaire de REP. Chacune de ces propriétés a été étudiée avec attention dans le double but de comparer ces matériaux entre eux et afin de cerner les paramètres clés contrôlant leur différence de comportement aussi bien en CSC qu'en FPHHold-down systems used in the fuel assembly of Nuclear Pressurized Water Reactor (PWR) are constituted by stiff springs. The role of the hold-down springs is to ensure the bond between the fuel assembly and the lower plate of the intern structure of the core, thus holding down the assembly on the bottom plate of the reactor, during all the exploitation and maintenance periods. Nowadays, alloy 718 is the constitutive material of these hold-down springs. Its properties in terms of mechanical behaviour, corrosion resistance… fill in the specifications required for such application in the present service conditions. However, in order to improve the common efficiency of fuel assemblies, the upgrading of their design as well as the use of new materials are advocated by the nuclear power plant company, AREVA. Though other Ni-base superalloys known for their good behaviour under neutronic radiation can be proposed as new materials, those superalloys must fill in all the application specifications in order to substitute alloy 718. So, sufficient mechanical properties, good resistance to Stress Corrosion Cracking (SCC) and good resistance to Hydrogen Embrittlement (HE) are also required to allow the replacement. All of these properties are carefully studied with the double aim to characterize and compare different superalloys, and to determine key parameters governing the SCC and HE behaviours of such alloys in primary water of PWR
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Tézenas, Du Montcel Henri. "Ingénierie des joints de grains dans les superalliages à base de nickel." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00688115.
Full textAbstract:
Ce travail est consacré à l'étude de l'ingénierie des joints de grains dans les superalliages à base de Nickel pour disques de turbines aéronautiques. L'ingénierie des joints de grains a montré son efficacité dans l'amélioration des propriétés en fatigue et en fluage dans certains alliages de cuivre et de nickel. Cette amélioration est obtenue en réalisant une succession de déformations à température ambiante séparées par des traitement thermiques. Ce traitement a pour objectif de modifier la distribution du réseau de joints de grains. L'objectif de l'étude est d'adapter ces traitements au procédé du forgeage à haute température des superalliages. Une étude expérimentale est menée pour mettre en évidence l'influence des paramètres de forgeage sur les caractéristiques du réseau de joints de grains. La caractérisation de ce réseau est faite grâce à la réalisation de cartographies d'orientations cristallographiques par EBSD. Une méthode de caractérisation innovante basée sur la discrétisation des cartographies en réseaux de points triples est proposée. Cette méthode permet d'analyser la connectivité du réseau de joints de grains en vue d'une corrélation avec les propriétés mécaniques.
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Souai, Nadia. "Contrôle du maclage thermique et de la taille de grains par traitements thermomécaniques dans deux superalliages base de Ni." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00682084.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'évolution de la microstructure de superalliages à base de Nickel au cours de traitements thermomécaniques, avec une attention particulière portée sur la taille de grains et la quantité de macles thermiques. Ce travail a été réalisé dans l'optique d'évaluer la possibilité d'optimiser les propriétés de service par le principe de l'ingénierie de joints de grains. Les matériaux étudiés sont principalement l'alliage PER®72, et de manière exploratoire l'alliage N19. Ces deux matériaux appartiennent à la famille des superalliages à base de nickel à durcissement structural élaborés par voie conventionnelle (coulé et forgé) et par métallurgie des poudres respectivement. Deux modes de déformation, la torsion et la compression, ont été testés. Nous avons démontré que le maclage thermique est favorisé par les grandes vitesses de migration des joints de grains, essentiellement induites par (1) leur courbure qui diminue lorsque la taille de grains augmente et (2) les gradients de densité de dislocations produits par les faibles déformations appliquées à grande vitesse qui peuvent maintenir des vitesses de migration élevées même lorsque la taille de grains augmente. La force motrice associée à la courbure est en outre sensible à la distribution de taille de grains, qui s'est avéré être un paramètre microstructural important. La force motrice associée aux gradients de densité de dislocations peut par ailleurs permettre le franchissement des précipités primaires malgré la force de freinage de Zener qui s'exerce sur les joints de grains, ceci au cours de la déformation comme au cours d'un recuit subsolvus. L'occurrence ou la non-occurrence de la recristallisation dynamique au cours de la phase de déformation s'est ainsi avérée être une condition décisive pour l'évolution de la microstructure au cours d'un recuit ultérieur dans le domaine sub- ou super-solvus. Les conditions thermomécaniques de mise en forme permettent donc de moduler la taille de grains et la quantité de macles, même à l'issue d'un traitement supersolvus final.
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Souai, Nadia. "Contrôle du maclage thermique et de la taille de grains par traitements thermomécaniques dans deux superalliages base de Ni." Phd thesis, Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0077.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'évolution de la microstructure de superalliages à base de Nickel au cours de traitements thermomécaniques, avec une attention particulière portée sur la taille de grains et la quantité de macles thermiques. Ce travail a été réalisé dans l'optique d'évaluer la possibilité d'optimiser les propriétés de service par le principe de l'ingénierie de joints de grains. Les matériaux étudiés sont principalement l'alliage PER®72, et de manière exploratoire l'alliage N19. Ces deux matériaux appartiennent à la famille des superalliages à base de nickel à durcissement structural élaborés par voie conventionnelle (coulé et forgé) et par métallurgie des poudres respectivement. Deux modes de déformation, la torsion et la compression, ont été testés. Nous avons démontré que le maclage thermique est favorisé par les grandes vitesses de migration des joints de grains, essentiellement induites par (1) leur courbure qui diminue lorsque la taille de grains augmente et (2) les gradients de densité de dislocations produits par les faibles déformations appliquées à grande vitesse qui peuvent maintenir des vitesses de migration élevées même lorsque la taille de grains augmente. La force motrice associée à la courbure est en outre sensible à la distribution de taille de grains, qui s'est avéré être un paramètre microstructural important. La force motrice associée aux gradients de densité de dislocations peut par ailleurs permettre le franchissement des précipités primaires malgré la force de freinage de Zener qui s'exerce sur les joints de grains, ceci au cours de la déformation comme au cours d'un recuit subsolvus. L'occurrence ou la non-occurrence de la recristallisation dynamique au cours de la phase de déformation s'est ainsi avérée être une condition décisive pour l'évolution de la microstructure au cours d'un recuit ultérieur dans le domaine sub- ou super-solvus. Les conditions thermomécaniques de mise en forme permettent donc de moduler la taille de grains et la quantité de macles, même à l'issue d'un traitement supersolvus finalThis work has investigated the microstructure evolution of nickel-base superalloys during thermomechanical processing emphasis being placed on grain size and annealing twining. The aim is to assess the possibility of optimizing the properties of these materials through grain boundary engineering principle. We studied grades belonging to precipitation-hardened superalloys: the alloy PER®72 processed by ingot casting and, less thoroughly, the alloy N19 processed through powder metallurgy. Two deformation modes have been tested: torsion and compression. We pointed out that annealing twinning is promoted by high velocity grain boundary migration, which can be induced by (1) the grain boundary curvature that decreases when grain size increases (2) dislocation density gradients that are produced by low deformation steps applied at high strain rates and can sustain high velocity grain boundary migration even when grain size increases. The driving force related to curvature depends also on grain size distributions, which have been identified as an important microstructure parameter. When grain boundaries migrate as a result of the driving force related to dislocation density gradients they can pass the primary precipitates despite the zener drag these precipitates exert on grain boundaries in the two-phase microstructures: those that have not undergone any supersolvus heat treatment. The dynamic recrystallization occurrence or nonoccurrence during deformation steps has also an important impact on microstructure evolution during subsequent sub- or supersolvus heat treatments
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Seret, Anthony. "Influence de la mise en forme sur les cinétiques de précipitation durcissante dans les superalliages base nickel Inconel® 625 et AD730™." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM030.
Full textAbstract:
Les superalliages base nickel possèdent d'exceptionelles propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion à haute température. Ces propriétés mécaniques proviennent en partie de la précipitation durcissante des phases Ni3Nb γ″ ou Ni3(Al, Ti) γ′. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre comment les opérations de mise en forme de pièces industrielles peuvent influencer cette précipitation. Deux superalliages ont été étudiés dans cette thèse : Inconel® 625 mis en forme par déformation à température ambiante et renforcé par la phase γ″, et AD730™ mis en forme par forgeage à chaud et renforcé par la phase γ′. Des traitements thermiques, essais mécaniques et thermomécaniques ont été réalisés afin d'une part de reproduire les niveaux de déformation plastique et/ou la structure de grains obtenus à la fin d'étapes de mise en forme industrielle, et d'autre part de déclencher la précipitation ou d'induire l'évolution des précipités existants. Les microstructures ont ensuite été caractérisées quantitativement par microscopie à balayage au regard de la structure de grains, l'organisation des dislocations et d'état de précipitation. Dans l'alliage Inconel® 625, la précipitation γ″ lors d'un traitement thermique à 650 °C n'est pas influencée par une déformation préalable appliquée, validant la pertinence de la température de 650 °C pour procurer un durcissement homogène aux pièces industrielles. Dans l'alliage AD730™, la germination de précipités γ′ lors d'un refroidissement après compression à chaud a lieu plus tôt dans les grains non recristallisés que dans les grains recristallisés, par relaxationélastique à la germination. De manière concomitante, le front de recristallisation dissous ces précipités γ/γ′ présents dans les grains non recristallisés pour éviter toute interface γ/γ′ incohérente. Des précipités γ′ reprécipitent ensuite dans le front de recristallisation avec une interface γ/γ′ cohérente dans les grains recristallisés, et peuvent par la suite se subdiviser pour diminuer l'énergie élastique globale. Cette thèse comprend le développement d’outils spécifiques : réduction du bruit de mesure de cartographies EBSD pour une estimation plus précise des densités de dislocations géométriquement nécessaires, analyse d’image et modèle de précipitationNickel-based superalloys possess exceptional mechanical properties and corrosion resistance at high temperature. These mechanical properties result partly from the hardening precipitation of Ni3Nb γ″ or Ni3(Al, Ti) γ′ phases. The objective of this PhD is to better understand how forming operations of industrial parts may influence this precipitation. Two superalloys have been studied in this PhD : Inconel® 625 alloy formed a room temperature and reinforced by the γ″ phase, and AD730™ alloy hot forged and reinforced by the γ′ phase. Thermal treatments, mechanical and thermomechanical tests have been performedin order to, on the one hand, reproduce the plastic strain levels and/or the grain structure obtained at the end of industrial forming operations, and on the other hand to trigger the precipitation or the evolution of already existing precipitates. The microstructures have then been quantitatively characterizedby scanning electron microscopy regarding the grains structure, the dislocationsorganization and the precipitation state.In the Inconel® 625 alloy, the nucleation of γ″ precipitates during a thermal treatment at 650 °C is not influenced by a strain applied before, supporting the relevancy of the 650 °C temperature to bring an homogeneous hardening to industrial parts. In the AD730™ alloy, the γ′ precipitation during a cooling after a hot compression takes place sooner in unrecrystallized grains than in recrystallized grains, by elastic relaxation when nucleating. Concomitantly, the recrystallization front dissolves these γ′ precipitates present in unrecrystallized grains to avoid any incoherent γ/γ′ interface. Then γ′ precipitates reprecipitate on the recrystallization front with a coherent γ/γ′ interface in recrystallized grains, and can afterwards subdivide to reduce the global elastic energy. This PhD includes the development of specific tools : reduction of the measurement noise of EBSD maps for a more accurate assessmentof geometrically necessary dislocations densities, image analysis and precipitation model
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Royer, Frédéric. "Fonctionnement et singularités du procédé de fusion laser sélective : Illustration par application à deux superalliages à base nickel et considérations énergétiques." Thesis, Paris, ENMP, 2014. http://www.theses.fr/2014ENMP0053/document.
Full textAbstract:
Le procédé de fusion sélective par laser est un des nombreux procédés de fabrication additive qui permet la production rapide de pièces à partir d'un fichier CAO (conception assistée par ordinateur) et de lits de poudre. Après une description du fonctionnement du procédé par l'intermédiaire de ses paramètres opératoires, le manuscrit décrit les travaux entrepris pour l'élaboration de pièces en Inconel 625. Ce superalliage à base nickel a fait l'objet d'une étude paramétrique pour déterminer un jeu de paramètre optimal permettant de produire des pièces saines. Cette étude est basée sur des considérations énergétiques qui visent à maximiser le rendement de conversion de l'énergie électromagnétique en énergie thermique tout en assurant la cohésion entre couches. Des essais de traction valident la stratégie employée au niveau de l'étude paramétrique. Un second alliage est étudié, l'Inconel 738 qui est un superalliage renforcé par la précipitation d'une phase γ'-Ni3(Al,Ti). Les travaux entrepris ne concernent pas l'élaboration mais la caractérisation de l'alliage. Il est mis en évidence que celui-ci est dans un état hors de l'équilibre thermodynamique lorsque produit par fusion laser sélective. La précipitation de la phase durcissante n'est pas complète. Ce constat peut permettre d'éviter la fissuration de l'alliage pendant la fabrication en adaptant les paramètres opératoires, notamment au niveau du préchauffage. Une étude sur les traitements thermiques montre que la gamme appliquée traditionnellement à l'alliage coulé ne convient pas pour l'alliage élaboré par fusion sélective ; cette étude ouvre sur des alternatives. Enfin, ces travaux apportent quelques éléments de réponse quant à la pertinence énergétique du procédéThe selective laser melting (SLM) process is one of the many additive manufacturing processes that allow to rapidly build a part from a computer-aided design (CAD) file and from a powder bed. The work described here deals with the different parameters related to the process, namely the building platform stepping and the laser radiation and its interaction with the metallic matter. The first Ni-based superalloy studied here is Inconel 625 which has been subjected to a parametric study with an energetic approach. It was all about finding the maximum in the conversion of electromagnetic energy into thermal energy. Tensile tests validate the use of the energetic strategy for this alloy. The second studied alloy is Inconel 738 which is hardened by fine γ'-Ni3(Al,Ti) precipitates. Microstructure observations and differential thermal analysis reveal that the γ' precipitation is not complete when the alloy is processed by SLM. This leads to give clues for crack-free processing by adjusting the parameters and especially the preheating feature. Different heat treatments on SLMed materials have been investigated. It appears that the standard procedure applied on cast alloy to reach proper microstructure for good mechanical properties is not adapted to the SLMed alloy. New standards must be defined to comply with the initial out of equilibrium state. Last but not least, the manuscript gives information regarding the energetic use of the process which should be compared with the will of environmental impact reduction policy called by the process
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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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Vincent, Jean-Noël. "Comportement en fatigue d'un alliage à base de nickel à gros grains : mécanismes de déformation et d'endommagement liés à la cristallographie." Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112176.
Full textAbstract:
L’étude des propriétés de fatigue du MarM 004 alliage de fonderie à base de nickel durci par précipitation a révélé une faible résistance à l’amorçage et une bonne tenue à la propagation des fissures. La limite de fatigue est très basse et un seuil de fissuration existe qui est particulièrement marqué à chaud sous air. La déformation plastique cyclique est accommodée par la multiplication de bandes de glissement persistantes selon une loi de mélange. L’amorçage des fissures se produit ensuite dans une zone proche des joints de grains. Une modélisation rhéologique des éprouvettes lisses a pu être réalisée, elle rend compte de l’anisotropie du comportement cyclique du multicristal. Aux faibles vitesses de propagation le fissures prennent un aspect cristallographique, elles sont, soit planes en présence d’oxydation, soit constituées de facettes présentant une rugosité très élevée. Des mesures de fermeture des fissures permettent d’établir une loi de fissuration intrinsèque au matériau et de supprimer le phénomène de seuil lorsqu’il est dû à la rugosité. En présence d’oxydation, un collage des surfaces de rupture arrête la propagation par déchargement de la pointe de la fissure. Un calcul basé sur la déformation dans les bandes de glissement explique l’impossibilité de créer des facettes dans ces conditionsFatigue behavior coarse grain Ni based alloy: influence of crystallography on deformation and damage mechanisms. Precipitation hardened Ni base superalloy MarM 004 has been studied. It exhibits a low resistance to low cycle fatigue and a good resistance to crack growth. Its fatigue limit is very low and crack growth threshold appears which is particularly well defined at high temperature in air. The cyclic plastic strain is accommodated by multiplication of Persistent Slip Bands which obeys a two phases law. Cracks initiate near grain boundaries. A rheological model of smooth specimens has been proposed which takes into account the anisotropy of this so-called multi-crystal. At low crack growth rates crack surfaces exhibit a crystallographic aspect which is either planar like under oxidizing conditions or constituted by high roughness facets. Crack closure has been measured which enables to establish an intrinsic crack growth law and to rationalize the roughness-induced threshold. Under oxidation conditions crack surfaces stick to each other so that the crack stops growing by crack tip unloading. A calculation based on PSB strain shows that no facet can appear under such conditions
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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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Larrouy, Baptiste. "Mécanismes de déformation et d'amorçage de fissures dans l'alliage Udimet™ 720Li en relation avec les paramètres microstructuraux." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2014. http://www.theses.fr/2014ESMA0019/document.
Full textAbstract:
Cette étude s’est focalisée sur la compréhension des mécanismes de déformation et d’endommagementd’un superalliage à base de Nickel (Udimet 720Li) utilisé pour la confection de disques de turbine hautepression soumis à des sollicitations monotones et cycliques à des températures inférieures à 500 °C.L’amorçage de fissures de fatigue à 20 °C et 465 °C a été systématiquement observé suivant des facettescristallographiques pour différents états métallurgiques. Une étude quantitative des traces de glissementplastique en surface a permis de montrer que cet endommagement est la conséquence d’une nontransmission de la déformation plastique entre grains voisins. Plus précisément, un mécanisme de rotationcristalline localisée au sein de micro-volumes à l’extrémité de bandes de glissement dans le grain voisin aété identifié à l’origine des fissures.Les configurations cristallographiques favorisant ce processus impliquent notamment les relations entresystèmes de glissement de part et d’autre du joint de grains (angle de TWIST), ou encore la présence d’uneprécipitation fine participant au confinement des bandes de glissementThis study contributes to the understanding of the deformation and damage mechanisms in a Nickelbasedsuperalloy (the Udimet 720Li) used for the manufacturing of aeroengines high pressure turbinedisks submitted to monotonic and cyclic loadings at temperatures below 500 °C under service conditions.Fatigue crack initiation at 20 °C and 465 °C was systematically observed at large crystallographic facetswhatever the microstructure. An extensive quantitative study of the slip activity at the surface showed thatcrack initiation results from a difficult slip transmission between neighbouring grains. In more details, alocalized crystallographic rotation confined in micro-volumes detected at the tip of slip bands interactingwith the grain boundary were identified to trigger crack initiation.The crystallographic configurations favouring such a process are closely related to the TWIST anglebetween active slip systems on each side of the grain boundary and to a dense and fine precipitationconfining the plasticity.Mots-clés
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Schmuck-Pareige, Cristelle. "Etude par sonde atomique tomographique et simulation Monte Carlo de la mise en ordre et de la séparation de phase dans des superalliages modèles Ni-Cr-Al." Rouen, 1997. http://www.theses.fr/1997ROUES073.
Full textAbstract:
La formation de précipités de type Ni3Al à partir d'une solution solide NiCrAl, fait intervenir les processus de mise en ordre et de séparation de phases. Ces processus peuvent être simultanés ou non, continus ou de type germination et croissance. Nous avons étudié les chemins de transformations dans des alliages NiCrAl, à l'échelle atomique et dans l'espace réel 3D, par sonde atomique tomographique et par simulation Monte Carlo. La méthode Monte Carlo utilisée est basée sur la modélisation du mécanisme de diffusion lacunaire. L'étude expérimentale d'un alliage faiblement sursaturé a montré qu'un régime de germination et croissance intervient. Dans le cadre de la théorie de coalescence de LSW, l'aluminium peut être considéré comme le seul soluté qui contrôle la cinétique de coalescence. L'énergie interfaciale des précipités ' est voisine de celle mesurée dans les alliages binaires NiAl. Après paramétrisation du modèle de simulation utilisé, la confrontation des résultats simulés aux résultats expérimentaux a montré que la méthode Monte Carlo décrit de manière quantitative les cinétiques. L'étude des tout premiers stades de transformations dans des alliages de différentes sursaturations a révélé que les précipités ' se forment à partir de petites zones ordonnées enrichies en aluminium qui présentent la même concentration en chrome que leur environnement. Avant la formation de ces zones, un ordre à courte distance de type Ni3Cr et des fluctuations d'ordre à grande distance l1#2 se développent. La taille et la densité de ces fluctuations d'ordre à grande distance l1#2 sont d'autant plus importantes que la concentration nominale en aluminium est élevée et/ou que la concentration nominale en chrome est faible. Lorsque la sursaturation de l'alliage augmente, on tend vers un ordre à grande distance l1#2 envahissant l'espace, caractérisé par une forte densité de parois d'antiphases.
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Royer, Agnès. "Evolutions thermique et mécanique de la microstructure de superalliages monocristallins étudiées par diffusion centrale et diffraction (neutrons, rayons [gamma])." Grenoble 1, 1993. http://www.theses.fr/1993GRE10097.
Full textAbstract:
Les experiences de diffraction et de diffusion des rayonnements gamma et neutron nous ont permis d'etudier la microstructure du superalliage monocristallin am1 ainsi que son evolution en fonction de la temperature. Ces experiences ont pour la plupart ete realisees in situ en temperature et nos resultats qui sont relatifs a un grand nombre de precipites, ne sont pas sensibles aux heterogeneites locales de composition chimique. Nous avons analyse la morphologie des precipites gamma prime a l'aide d'experiences de diffusion aux petits angles des neutrons, au cours des phenomenes de precipitation et de coalescence des precipites gamma prime. La remise en solution de ces precipites a ete etudiee par diffraction neutron jusqu'a complete dissolution. Afin de mieux comprendre les mecanismes qui regissent l'evolution de la morphologie des precipites, nous avons etudie en temperature differents parametres microstructuraux. Par diffraction gamma, nous avons mis en evidence une distorsion tetragonale au sein du materiau et le desaccord parametrique entre les deux phases a pu etre mesure par diffraction neutrons a grands angles de bragg. La synthese des resultats obtenus au cours de ces differentes experiences, nous a permis d'etablir un modele qui prevoit l'evolution des parametres de maille des phases gamma et gamma prime en fonction de la temperature lors de recuits thermiques et sous contrainte
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Boubidi, Pascal. "Caractérisation expérimentale et modélisation numérique de la fatigue à faible nombre de cycles d'un superalliage base ni monocristallin sous chargement multiaxial." ENSMP, 2000. http://www.theses.fr/2000ENMP1001.
Full textAbstract:
La durée de vie de structures monocristallines a été abordée selon une approche expérimentale et une modélisation numérique. Une détermination satisfaisante de la durée de vie doit inclure un modèle d'amorçage et une prévision de la propagation de fissure. La principale contribution de cette thèse concerne l’amorçage de fissure via une importante campagne d'essais accomplie pour le sc16 du bam-berlin. Les résultats inédits ont été obtenus à l'aide d'essais sur éprouvettes entaillées. En effet on a montré que deux zones de fissuration existent de part et d'autre du fond d'entaille pour une éprouvette orientée suivant <001> alors que les fissures se concentrent au niveau de la section minimale pour les orientations <011> et <111>. Des observations métallographiques ont permis également de caractériser le mode de rupture. La partie simulation traite d'abord de l'identification des paramètres du modèle cristallographique valables pour des chargements cycliques anisothermes et pour les températures 20, 650, 850 et 950\c, une attention particulière étant prêté à 950\c. Ce modeler a été utilisé pour simuler des essais isothermes lcf sur éprouvettes entaillées utilisant la méthode des éléments-finis. Des modèles d’amorçage peuvent alors être appliqués par des post-processeurs pour aboutir à la durée de vie. Une nouvelle définition de la variable critique, issue de la cission résolue, a été validée. Une seconde approche, un modèle de rupture statistique tenant compte de la distribution de défauts dans l'estimation de la durée de vie, a également été appliqué avec succès. La méthodologie obtenue à partir de l’éprouvette de laboratoire a été testée et validée par des résultats expérimentaux sur une éprouvette technologique de siemens (kwu) simulant les zones les plus critiques d'une aube de turbine. La dernière partie concerne l’étude numérique des bandes de localisation de la déformation en pointe de fissure d'un monocristal en déformation plane et à basse température. Notre contribution concerne la modification des résultats obtenus par la mécanique classique des milieux continus, produite par l'introduction de la théorie des milieux continus generalisés. Un modèle de Cosserat pour le monocristal a été utilisé, pour différentes orientations d'une éprouvette ct. Celui-ci exclue les bandes en genou en faveur des bandes de cisaillement qui s'identifient aux directions de bifurcation de fissures après propagation stable.
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Laurence, Aude. "Impact du sur-vieillissement métallurgique sur le comportement et la durabilité du nouveau superalliage pour disque de turbine René 65." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2016. http://www.theses.fr/2016ESMA0006/document.
Full textAbstract:
Cette étude traite de l'impact du vieillissement thermomécanique sur la microstructure et sur les propriétés mécaniques du nouveau superalliage base Nickel pour disque de turbine René 65.Le vieillissement thermique conduit à trois évolutions microstructurales majeures, à savoir la croissance des précipités y' intragranulaires et à la nucléation de particules TCP aux joints de grains accompagnés d'une ségrégation de molybdène. Une méthode innovante basée sur des traitements thermiques adaptés a permis de dissocier les effets de ces deux évolutions microstructurales sur les propriétés en fluage et fatigue-temps de maintien à 700° Cdu René 65. La croissance des précipités y' intragranulaires est majoritairement responsable de l'abattement des propriétés mécaniques. Il s'avère néanmoins que la présence des particules TCP aux joints de grains ainsi que la ségrégation de molybdène affectent également le comportement viscoplastique et la durabilité de l'alliage, contribuant à un abattement supplémentaire des propriétés mécaniques. Ce phénomène est attribué à l'adoucissement localisé de la matrice au voisinage des particules TCP et des joints de grains par la perte d'éléments durcissants de la solution solide yThis study focused on the impact of thermo-mechanical aging on the microstructure and on the mechanical properties of the new nickel-based superalloy René 65 for turbine disk applications.Thermal aging causes three main microstructural evolutions, namely the intragranular y'-growth, the nucleation of TCP particles at grain boundaries along with a segregation of molybdenurn. An innovative method based on appropriated thermal treatments enabled to dissociate these microstructural evolutions' impacts on the René 65 creep and dwell-fatigue properties at 700°C.The y'-growth is mainly responsible of the overall mechanical proprerties degradation. However, it turns out TCP particles and the molybdenum segregation at grain boundaries also affect negatively the alloy viscoplastic behavior and its durability, contributing to an additional decrease in its mechanical properties. This phenomenon is attributed to the softening of the matrix locally at grain boundaries by solid solution elements depletion in favor of TCP precipitation
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Dupin, Nathalie. "Contribution à l’évaluation thermodynamique des alliages polyconstitués à base de nickel." Grenoble INPG, 1995. http://www.theses.fr/1995INPG0040.
Full textAbstract:
La coexistence des phases gamma de structure cubique a faces centrees a1 et gamma' de structure cubique a faces centrees l1#2 confere aux superalliages base nickel leurs exceptionnelles proprietes mecaniques a hautes temperatures. Des calculs thermodynamiques bases sur l'evaluation des systemes simples constitutifs de ces alliages complexes, contenant au moins huit elements, peuvent permettre de reduire le nombre d'experimentations a entreprendre pour optimiser leur compositions et les traitements thermiques associes. Dans ce but, ce travail presente l'etude thermodynamique des phases constituant les systemes quaternaires al-cr-ni-ta et al-cr-ni-ti. La premiere partie presente les modeles adaptes a la description du comportement thermodynamique des phases intermetalliques etudiees. La presentation du modele en sous-reseaux est particulierement detaillee. Les contraintes necessaires a la description des phases a1 et l1#2 par une meme expression mathematique sont derivees a partir de l'identification des modeles a deux et quatre sous-reseaux de la phase l1#2. Les chapitres suivants analysent les systemes binaires al-co, al-ni, cr-ta et ternaires al-co-ni, al-cr-ni, al-ni-ti, al-ni-ta, cr-ni-ta et cr-ni-ti. Les parametres thermodynamiques decrivant les phases constituant ces systemes sont obtenus dans un processus d'optimisation prenant en compte l'ensemble des donnees experimentales, souvent rares, publiees sur ces systemes. L'extension des parametres thermodynamiques ainsi determines aux systemes quaternaires al-cr-ni-ta et al-cr-ni-ti sans optimisation supplementaire justifie la demarche entreprise. Une base thermodynamique permettant le calcul des equilibres de phases dans les superalliages base nickel a donc ainsi ete constituee
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Derniaux, Eric. "Etude de structures NiCoCrAlY / Al2O3 / TiOx / Pt / AlN déposées par pulvérisation cathodique sur superalliage base Ni pour capteurs de pression haute température." Phd thesis, Caen, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00444578.
Full textAbstract:
Des structures multicouches NiCoCrAlY / Al2O3 / TiOx / Pt / AlN déposées par pulvérisation cathodique sur superalliage base nickel, destinées à la réalisation de capteurs de pression sur pièces de turbomachine, sont étudiées et caractérisées. Les principaux objectifs de l'étude sont de résoudre le problème d'adhérence du film de platine (Pt) sur l'alumine (Al2O3) et d'améliorer la texture cristallographique {0001} des couches de nitrure d'aluminium (AlN) favorable à l'effet piézo-électrique recherché. L'influence d'une couche d'accrochage de TiOx sur l'adhérence du platine et l'effet de la polarisation du substrat sur les propriétés physico-chimiques de l'AlN sont notamment étudiés. L'étude approfondie (diffraction X, MEB, EDS, XPS, tests d'arrachement) des propriétés physico-chimiques des couches est menée. Les résultats mettent en évidence la forte influence du TiOx sur la nature et l'état de surface de l'alumine. La présence d'une couche de TiOx peut améliorer ou dégrader l'adhérence du platine en fonction du type d'alumine élaborée. Un fort effet de la polarisation du substrat sur la texture, la morphologie, la composition chimique de l'AlN et sur les contraintes résiduelles est démontré et expliquée. Les résultats obtenus concernant la qualité de la texture {0001} de l'AlN et la tenue mécanique des structures multicouches (800°C) ont permis la fabrication de transducteurs Pt / AlN / Pt sur substrats plans de superalliage base nickel. La sensibilité à la pression de ces premiers prototypes devra ensuite être évaluée en préalable à l'élaboration de capteurs sur pièces de turbomachine.
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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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Chambreland, Sylvain. "Etude des premiers stades de précipitation dans un superalliage à base de nickel à l'aide d'une sonde atomique." Rouen, 1987. http://www.theses.fr/1987ROUES055.
Full textAbstract:
Analyse de la cinétique de démixtion à fine échelle dès le début de la transformation. Cette étude est réalisée par une sonde atomique qui permet l'observation de la matière à l'échelle atomique et par microanalyse quantitative à haute résolution spatiale. Description détaillée de la technique d'étude. Analyse de la formation des précipités gamma '. Etude de la taille, de la densité et de la composition des particules en fonction du temps de vieillissement a 650°C. Interprétation des résultats dans le cadre des théories classiques de germination-croissance et coalescence
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Lasalmonie, David. "Compression isostatique à chaud de poudre de superalliage base nickel : simulation aux cotes et évolution microstructurale." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1999. http://www.theses.fr/1999GRE10046.
Full textAbstract:
La compression isostatique a chaud de poudres metalliques permet de fabriquer des pieces completement denses, pouvant comporter des geometries complexe impossible a realiser par usinage. Ceci permet alors de produire en une seule etape des pieces qui, habituellement, sont realisees par formage et assemblage. Dans cette optique, la forme du moule dans lequel est versee la poudre determine entierement la forme de la piece finale. La methode utilisee pour optimiser la forme du moule afin d'obtenir une piece ayant les cotes desirees, est basee sur la simulation numerique du cycle de mise en forme. La validite de ce procede est donc basee sur la valeur predictive de la simulation. L'etude presentee ici porte sur la simulation de la densification de poudre de superalliage base nickel, le sy625, dans un conteneur en acier doux, le xc18. La simulation demande la constitution d'une base de donnees importante, tant pour la poudre que pour le conteneur. Nous avons tout d'abord determine les proprietes mecaniques et thermiques dependant de la temperature pour les deux materiaux par une etude bibliographique et experimentale. Les lois de fluage du xc18 et du sy625 dense ont ete determinees entre 850\c et 1150\c par des essais de compression simple. L'identification des parametres rheologiques du modele viscoplastique de densification utilise, celui d'abouaf, a ete realisee sur une large gamme de densite relative, entre 75% et 100% (densite relative de remplissage : 73%). Deux pieces de validation ont ete fabriquees dans le cadre de cette etude afin d'evaluer les performances de la simulation. La simulation par elements finis de la densification est realisee grace au logiciel precad. Les resultats de calculs en deux ou trois dimensions montrent une bonne prevision des deformations. Le modele d'abouaf et le logiciel precad dans sa version actuelle semblent donc apte a simuler la densification de pieces industrielles a partir de poudre de sy625. Nous avons enfin observe une recristallisation des grains dans le sy625 pendant la densification. Un plan d'experiences nous permet de prevoir la fraction recristallisee du sy625 elabore par cic et d'en deduire ses proprietes en fluage.
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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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Ayrault, Danièle. "Fluage à haute température de superalliages base nickel monocristallins." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 1989. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002126.
Full textAbstract:
Les superalliages base nickel monocristallins répondent parfaitement aux exigences requises pour les aubes mobiles de turbine dans les moteurs d'avion car ils possèdent une excellente tenue au fluage, à la fatigue thermique et une bonne résistance à la corrosion jusqu'à des températures très élevées. A haute température, ces matériaux sollicités en fluage voient leur microstructure, initialement consituée de précipités cuboïdaux de phase gamma prime dans une matrice gamma, évoluer au cours du temps et constituer des radeaux. Selon le type de sollicitation (tension ou compression) et l'axe cristallographique selon lequel la contrainte est appliquée, une ou plusieurs familles de plaquettes apparaissent et confèrent à l'alliage une résistance accrue au fluage en organisant l'espace explorable par les dislocations et en limitant leur libre parcours moyen. Cependant, une prédéformation en compression n'améliore pas le comportement du matériau en fluage tension (ou vice versa) car l'accumulation des dislocations conduit à une instabilité et provoque rapidement la ruine du matériau. Il n'est donc pas possible de dissocier morphologie de coalescence et structures de dislocations induites par la déformation plastique. Enfin la loi macroscopique de Schmide prévoyant les systèmes de glissement actives au cours du fluage doit être utilisée avec prudence car ces alliages possèdent une très forte fraction volumique de gamma prime dont la présence modifie profondément la répartition des contraintes à l'échelle microscopique.
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Ayrault, Danièle. "Fluage a haute temperature de superalliages base nickel monocristallins." Paris, ENMP, 1989. http://www.theses.fr/1989ENMP0201.
Full textAbstract:
Les superalliages base nickel monocristallins repondent parfaitement aux exigences requises pour les aubes mobiles de turbine dans les moteurs d'avion car ils possedent une excellente tenue au fluage, a la fatigue thermique et une bonne resistance a la corrosion jusqu'a des temperatures tres elevees. A haute temperature, ces materiaux sollicites en fluage voient leur microstructure, initialement constituee de precipites cuboidaux de phase gamma prime dans une matrice gamma, evoluer au cours du temps et constituer des radeaux. Selon le type de sollicitation (tension ou compression) et l'axe cristallographique selon lequel la contrainte est appliquee, une ou plusieurs familles de plaquettes apparaissent et conferent a l'alliage une resistance accrue au fluage en organisant l'espace explorable par les dislocations et en limitant leur libre parcours moyen. Cependant, une predeformation en compression n'ameliore pas le comportement du materiau en fluage tension (ou vice-versa) car l'accumulation des dislocations conduit a une instabilite et provoque rapidement la ruine du materiau. Il n'est donc pas possible de dissocier morphologie de coalescence et structures de dislocations induites par la deformation plastique. Enfin, la loi macroscopique de schmid prevoyant les systemes de glissement actives au cours du fluage doit etre utilisee avec prudence car ces alliages possedent une tres forte fraction volumique de gamma prime dont la presence modifie profondement la repartition des contraintes a l'echelle microscopique
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GETREY, CHRISTOPHE. "Relaxation des contraintes sous irradiation dans les superalliages base nickel." Paris, ENMP, 1996. http://www.theses.fr/1996ENMP0791.
Full textAbstract:
Cette etude a porte sur le comportement en relaxation sous irradiation neutronique a 315\c de superalliages susceptibles d'etre utilises comme ressorts de maintien de l'assemblage combustible des reacteurs a eau pressurisee. Il s'agit principalement de superalliages base nickel industriels durcis par precipitation de phases gamma seconde et/ou gamma prime qui ont ete selectionnes en raison de leur tres haute limite d'elasticite. La premiere partie de cette etude a consiste a analyser en fonction de la dose d'irradiation, de la composition et de l'etat metallurgique des alliages les resultats des essais de relaxation en flexion trois points qui ont ete realises dans les reacteurs experimentaux siloe et osiris. Cette analyse montre que contrairement a la relaxation thermique, la relaxation sous irradiation est progressive et se caracterise par une absence de saturation et une dependance lineaire en contrainte. De plus la relaxation des alliages 718 qui ont ete irradies jusqu'a de tres fortes doses (60 10 2 0 n/cm 2) a pu etre decomposee en un stade transitoire rapide et un stade quasi stationnaire plus lent et lineaire en dose, la transition cinetique entre ces deux regimes se produisant vers 15 10 2 0 n/cm 2. Dans une seconde partie, des examens m. E. T. Ont ete entrepris sur materiaux irradies pour tenter de determiner les mecanismes a l'origine de tels comportements. Ces examens ont permis de mettre en evidence la formation sous irradiation de boucles fautees de type frank situees dans les plans denses de la structure c. F. C. De la matrice des differents alliages. L'absence d'anisotropie de repartition des boucles entre les differents plans conduit a rejeter un mecanisme de germination preferentielle induite par la contrainte mais les correlations etablies entre les densites et les tailles de boucles et la vitesse de deformation plastique associee a la relaxation sous irradiation tendent a accrediter un mecanisme de fluage d'irradiation impliquant la montee des dislocations. D'autre part, l'irradiation conduit a la perte de coherence des particules gamma seconde et a leur disparition par mise en desordre et/ou par dissolution et ces phenomenes semblent correspondre a la transition cinetique observee sur l'alliage 718. Dans une derniere partie, nous avons donc developpe un modele de fluage d'irradiation base sur l'interaction entre les defauts ponctuels crees par l'irradiation et le champ de contrainte de gamma seconde. Ce modele permet de rendre compte de l'existence du stade transitoire rapide de relaxation et egalement d'expliquer la bonne tenue a la relaxation des superalliages riches en molybdene tels que les 625, 725 et 718 recharge en mo.
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Chauvet, Edouard. "Mise en œuvre de superalliages base Nickel par Electron Beam Melting." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREA1084.
Full textAbstract:
Aujourd’hui, la fabrication additive de pièces métalliques par le procédé EBM (fusion sélective par faisceau d’électrons) concerne essentiellement les alliages de titane et les alliages cobalt-chrome. Une forte demande du secteur aéronautique pousse à étudier la possibilité d'étendre les champs d’application de ce nouveau procédé d'élaboration à d'autres matériaux à haute valeur ajoutée, notamment les superalliages base Nickel.Après la caractérisation des poudres et la description des particularités du procédé EBM (mise en œuvre, paramètres, thermique…), ce travail s'est attaché à développer une méthodologie permettant de structurer l’utilisation d’un nouveau matériau par EBM. Cette méthodologie a dans un premier temps été validée sur un superalliage base Nickel soudable: l'inconel 625.La mise en œuvre d’un superalliage non-soudable a révélé une problématique de fissuration à chaud. Une partie du travail de thèse a été consacrée à la compréhension de l'origine de la fissuration à partir de caractérisations microstructurales multi-échelles. L'étude de la genèse des microstructures et des défauts hérités de la fabrication a permis de proposer des règles de fabrication afin de limiter, et même d'éviter complètement la fissuration. Une adaptation des paramètres opératoires et des stratégies de fusion lors du procédé EBM est utilisée pour générer des microstructures présentant des structures de grains différentes allant de structures équiaxes jusqu'à la fabrication de monocristaux en passant par des structures colonnaires de différentes tailles.Le couplage entre un modèle de solidification prédisant la transition colonnaire-équiaxe et des simulations éléments finis permettant de quantifier les gradients thermiques et les vitesses de solidification a permis d’établir des liens entre les paramètres procédé et les microstructures résultantesOver the last decade, new processing routes based on additive manufacturing (AM) have emerged. Among the AM processes, Electron Beam Melting (EBM) was mainly dedicated to the fabrication of components made of titanium or chromium-cobalt alloys. Aeronautic industry has been a driving force to investigate the possibility to extend the EBM process to other materials and in particular to Ni-based superalloys.The first objective of this work was to develop a methodology to rationalize the use of a new material in the EBM machine. This can be achieved by studying the main characteristics of the EBM process: powder requirements, melting parameters and strategies, thermal aspects.... The methodology was first validated on a weldable Ni-based superalloy: the Inconel 625 grade.The methodology was then extended to the fabrication of a non-weldable Ni-based superalloy, i.e. a grade containing a large fraction of the γ' strengthening phase. Processing such non-weldable superalloys by EBM usually induced cracks in the fabricated components. The microstructures were characterized in order to identify the mechanism at the origin of the cracks. Understanding the mechanism responsible for the development of cracks has allowed to propose new melting strategies limiting or completely avoiding the formation of cracks.Adjusting melting parameters and strategies turns out to be an efficient way for tailoring the grain structure. Equiaxed grains, columnar grains with different sizes as well as single crystals can thus be generated with suitable process parameters.Finally, coupling a solidification model predicting the equiaxed/columnar transition and finite element calculations quantifying the magnitude of the thermal gradient and solidification velocity allowed to establish some links between microstructures and EBM melting parameters
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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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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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Benoist, Julien. "Etude des revêtements en aluminures modifiés platine des superalliages base nickel." Poitiers, 2003. http://www.theses.fr/2003POIT2278.
Full textAbstract:
Ce travail caractérise les propriétés microstructurales et les mécanismes microscopiques de formation des revêtements d'aluminures modifiées platine en fonction des paramètres d'élaboration. La première partie est consacrée à l'analyse des revêtements obtenus par aluminisation avec diffusion préalable du platine. Seule la nature du donneur influe sur la microstructure finale et conduit à envisager la suppression du traitement de diffusion. La deuxième partie concerne l'étude de revêtements obtenus sans cette diffusion préalable du platine. Nous montrons que selon le type de donneur utilisé, le revêtement est soit monophasé (Ni, Pt)Al, soit biphasé PtAl2/NiAl, soit biphasé PtAl2/NiAl avec une couche continue de PtAl2 à la surface. Ces résultats conduisent ainsi à une bonne maîtrise du procédé. Nous avons ensuite étudié la cinétique de formation des phases dans le cas de l'obtention d'une couche continue de PtAl2 à la surface. Cette couche se forme dès le début de l'aluminisation et reste stable au cours du traitement. Ensuite, l'aluminium diffuse rapidement à travers la phase PtAl2 pour former la phase NiAl alors que le nickel provenant du substrat ne diffuse pas suffisamment pour transformer la phase PtAl2 en NiAl. Nous avons ainsi montré la grande stabilité de la phase PtAl2 au cours de l'aluminisation. Une analyse EXAFS a montré que cette phase peut incorporer jusqu'à 37. 5 %at de nickel en solution d'insertion et que les sous réseaux de l'aluminium du nickel et du platine sont identiques dans les phases (Pt, Ni)Al2 et (Ni, Pt)Al. Le changement de phase PtAl2 è NiAl s'effectue donc par insertion progressive du nickel dans la phase PtAl2. Enfin, une étude bibliographique des mécanismes de diffusion dans la phase NiAl permet d'expliquer l'écart expérimental important entre la diffusion du nickel et de l'aluminium dans la phase (Pt, Ni)Al2. La présence de platine sur le sous réseaux du nickel gêne la diffusion lacunaire de celui-ciThe aim of this study is to improve the microstructural properties and the microscopic mechanisms formation of the Pt modified aluminide coatings according to the treatment parameters. At first, we characterise aluminide coatings fabricated with the prior Pt diffusion aluminizing treatment. It appears that the final aluminide microstructure depends only on the different types of donor, which allows the suppression of the Pt diffusion. We also deposit the aluminide coatings with an aluminizing treatment without prior Pt diffusion. We show that the aluminide coating is either a monophased (Ni, Pt)Al structure, or a two-phase PtAl2/NiAl structure or a two-phase PtAl2/NiAl structure with a continuous PtAl2 layer at the surface, with respect to the type of donor. These results allow us to control the quality control of the aluminizing treatment. Then we studied the growth of these phases in the case of a continuous PtAl2 layer at the surface. It appears that this layer forms at the beginning of this treatment and stays stable during the aluminizing. After all platinum is transformed into PtAl2, aluminum diffuses across this layer to form NiAl. However, Ni does not diffuse sufficiently from the substrate to transform PtAl2 into NiAl. We also showed the strong PtAl2 stability. The use of EXAFS technique allows us to demonstrate that the Ni maximum solubility in PtAl2 is 37. 5 at% and that the Ni, Pt and Al sublattices are the same in (Pt, Ni)Al2 and (Ni, Pt)Al phases. The PtAl2 è NiAl transformation is only due to Ni insertion in PtAl2. A bibliographic study of diffusion mechanisms in NiAl intermetallic allows to explain the strong difference between nickel and aluminum diffusion in the PtAl2 phase. The presence of platinum atoms on the same sublattice than nickel atoms decreases the nickel diffusivity in the (Pt, Ni)Al2 and (Ni, Pt)Al phases
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Almoric, Jean. "Développement d'un nouvel instrument couplant FIB/SEM UHV et OTOF-SIMS à haute résolution spatiale pour la microélectronique et ses applications." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2021. http://www.theses.fr/2021AIXM0368.
Full textAbstract:
La spectrométrie de masse d’ion secondaire (SIMS) est probablement la technique d'analyse chimique la plus largement utilisée en science des semi-conducteurs et en métallurgie en raison de sa sensibilité ultime à tous les éléments notamment au plus légers. Avec la réduction de la taille des systèmes, l'imagerie chimique 3D haute résolution devient une condition préalable au développement de nouveaux matériaux. Dans cette thèse, nous rapportons le développement et l’optimisation d'un SIMS innovant implémenté dans un microscope électronique à balayage. L'équipement permet d’obtenir une cartographie chimique élémentaire à très haute résolution (~25nm). La capacité de la technique est démontrée avec la caractérisation à l'échelle nanométrique d’une part de superalliages métalliques nécessaire à la fabrication de pièces moteurs pour l’aviation et d’autre part d’alliages chalcogénures utilisés dans les mémoires à changement de phase de dernière génération développées en microélectroniqueSecondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) is probably the most widely used chemical analysis technique in semiconductor science and metallurgy because of its ultimate sensitivity to all elements, especially the lighter ones. With systems downsizing, high-resolution 3D chemical imaging is becoming a prerequisite for the development of new materials. In this thesis, we report the development and optimization of an innovative SIMS implemented in a scanning electron microscope. The equipment makes it possible to obtain elementary chemical mapping at very high resolution (~25nm). The capacity of the technique is demonstrated with the characterization at the nanometric scale on the one hand of metallic superalloys necessary for the manufacture of aircraft engine parts and on the other hand of chalcogenide alloys used in the latest generation phase change memories developed in microelectronics
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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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Cleach, Cathy. "Elaboration et caractérisation des revêtements en aluminiure modifié platine des superalliages base nickel." Poitiers, 2000. http://www.theses.fr/2000POIT2271.
Full textAbstract:
Ce travail mene suivant la methodologie de taguchi a permis de definir a travers un nombre modere d'essais, les effets de nombreux parametres d'elaboration sur les differentes proprietes des revetements d'aluminiures modifies platine. On a pu caracteriser les trois etapes clefs de leur realisation : le depot de platine, la diffusion et l'aluminisation selon des criteres techniques, microstructuraux, mecaniques, et economiques. La premiere partie, consacree aux depots electrolytiques de platine, a montre que ceux-ci, constitues de domaines coherents de diffraction nanometriques, presentent un reseau cristallin en tension comportant d'importantes microdeformations et possedant un parametre de maille toujours inferieur a celui du massif. Les criteres techniques et economiques, beaucoup plus sensibles aux variations des conditions d'elaboration, ont mis en evidence une etroite correlation entre l'epaisseur et le produit de la concentration de platine par la densite de courant. L'ensemble des resultats obtenus a conduit a une bonne maitrise du procede de depot electrolytique de platine sur les superalliages base nickel. Apres le traitement de diffusion, trois types de structures ont ete obtenus, biphasees ( et ), triphasees (, , crpt) et plus complexes. L'aluminisation conduit a deux types de structures seulement : l'une monophasee (nial) et l'autre biphasee (nial, ptal 2) qui peuvent contenir jusqu'a environ 33% de platine en solution solide. L'examen des echantillons a permis de reveler des aspects de surface specifiques pour chaque structure. La caracterisation de ces revetements a ete etendue au test de leur resistance a l'oxydation cyclique. Cela nous a permis de definir la combinaison optimale de parametres de depot, de diffusion et d'aluminisation conduisant a la protection la plus efficace contre l'oxydation.
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Le, Blanc Annie. "Étude du brasage-diffusion de superalliages base nickel : application à l'assemblage ATGP3/DS247." Compiègne, 1990. http://www.theses.fr/1990COMPD247.
Full textAbstract:
Le brasage diffusion est un procédé d'assemblage pour matériaux utilisés à hautes températures. Nous avons étudié la microstructure du système DS247 (base Ni-9Co-9,3W-7,8Cr-5,2A1-2,8Ta-1,4Hf-0,6Ti-0,4Mo-0,07C, %pds) et ATGP3 (base Ni-16,5Co-15Cr-5Mo-4A1-3,5Ti-0,025C), superalliages assemblés avec un ruban BNi-3 (base Ni-3,2B-4,5Si-1,5Fe). L'étude de la microstructure du joint a été réalisées après chacun des traitements suivants : brasage, CIC, précipitation et vieillissement. La structure et la composition des phases ont été déterminées par MEB, MET et microsonde électronique. Les borures suivants ont été identifiés : Ni3B, M23B6, MB12, W2B et Cr5B3. Ni3B et m23B6sont présents dans la zone liquide durant le brasage; ils disparaissent dans le joint vieilli. Les profils de concentration du silicium ainsi que le calcul de son coefficient de diffusion dans un alliage (Ni-10Cr) et dans les superalliages montrent que le silicium diffuse moins rapidement que le bore. Le brasage diffusion est contrôlé par la solidification isotherme. Un modèle mathématique a été développé pour décrire ce processus de solidification provenant de la diffusion du bore dans les superalliages, accompagnée d'une précipitation de borures. Il est à noter que les modèles précédents ne tiennent pas compte de la précipitation de borures, qui jouent cependant une part importante dans le processus de solidification.
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Diologent, Frédérics. "Comportement en fluage et en traction de superalliages monocristallins à base de nickel." Paris 11, 2002. http://www.theses.fr/2002PA112300.
Full textAbstract:
Nous avons étudié les différences de comportement en fluage (760ʿC/840 MPa, 950ʿC/300 MPa, 1050ʿC/150 MPa, 1150ʿC/100MPa) et en traction (entre 20ʿC et 1100ʿC) entre un superalliage monocristallin de première génération (AMI) et un superalliage monocristallin de nouvelle génération (MC-NG). La différence entre les chimies des deux alliages réside dans le fait que le MC-NG, contrairement à l'AM1, contient entre autres du rhénium et du ruthénium. L'influence de la microstructure γ/γ' des superalliages a également été prise en compte. Nous avons identifié les paramètres qui contrôlent la déformation en fluage des superalliages à 760ʿC. La différence de comportement que nous rencontrons entre l'AM1 et le MC-NG a dans ce cas été attribuée au durcissement en solution solide de la phase γ qui est plus important dans le MC-NG que dans l'AM1. Lors de la comparaison du comportement en fluage à 950ʿC et 1150ʿC nous avons mis en exergue le rôle bénéfique du rhénium dans le MC-NG qui inhibe la plasticité dans la phase γ au travers de différents mécanismes. Nous avons poussé plus avant nos investigations concernant le comportement en fluage à 1050ʿC de ces alliages. En effet, des études préliminaires avaient montré le caractère particulier des courbes de fluage du MC-NG comparé à d'autres superalliage à cette température. Nous avons identifié les mécanismes pilotant le début du stade de fluage tertiaire précoce dans le cas du MC-NG de même que les causes de la déstabilisation de la microstructure lamellaire γ/γ'. En traction le but était de comprendre dans quelle mesure la limite élastique à 0,2\% de déformation plastique était plus importante dans l'AM1 que dans le MC-NG au basse température. L'étude de ce comportement en fonction de la température ainsi que l'examen des structures de dislocations nous ont permis de conclure. Ainsi, le fait que la phase γ' du MC-NG soit moins alliée en éléments titane et tantale que celle de l'AM1 est rendu responsable de cette différenceWe have study the different mechanical behaviour (creep test performed at 760ʿC/840 MPa, 950ʿC/300 MPa, 1050ʿC/150 MPa, 1150ʿC/100MPa, and tensile test performed between 20ʿC and 1100ʿC) between a first generation single-crystal superalloy (AM1) and a new generation single-crystal superalloy (MC-NG). Difference between the chemistries of the two superalloys lies in the fact that MC-NG contrary to AM1 contains, among others, rhenium and ruthenium. Influence of the γ\γ' microstructures had been taking into account. We have identified parameters who control the superalloys creep deformation at 760ʿC. The difference of behaviour that we encounter between AM1 and MC-NG had been attributed to the solid solution strengthening of the γphase of the MC-NG which is higher than in the AM1. During creep comparison at 950ʿC and 1150ʿC we have enlighten the beneficial effect due to rhenium in the MC-NG who inhibit plasticity in the γphase trough different mechanisms. We have push forward our investigations concerning creep behaviour at 1050ʿC on these two alloys. In fact, previous studies had been shown the particular nature of the MC-NG creep curve compare to other superalloys at this temperature. We have identify mechanisms driving the early onset of the tertiary creep in the MC-NG case as well as lamellar γ\γ' microstructure destabilisation causes. Concerning tensile test, the aim was to understand in which extent 0,2\% yield stress was higher in the AM1 than in the MC-NG at low temperatures. Study of this behaviour according to temperature as well as dislocations structures examination allow us to conclude. So, the fact that MC-NG γ' phase be less alloying in titanium and tantalum than the AM1 one is responsible of this difference
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Enayati, M. H. "Mechanical alloying of Ni-base alloys." Thesis, University of Oxford, 1998. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.298592.
Full text
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Svensson, Christoffer. "Recrystallization mapping of Ni-base alloys." Thesis, Luleå tekniska universitet, Institutionen för teknikvetenskap och matematik, 2019. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ltu:diva-75348.
Full textAbstract:
Superalloys such as alloy 718 and 925 possesses superior properties at elevated temperatures and corrosive environments. They are commonly found in application such as oil and gas extraction, turbine engines and in the chemistry industry. These alloys were developed during the 1950s but the demand of tubes and pipes of these alloys has rapidly increased. Sandvik has recently started produce these products and faces new challenges within the production.There are several studies within the area of superalloys but the hot working behavior and flow softening mechanism are not fully understood.The goal with this master thesis is to analyze two different steel grades, alloy 718 and 925 and correlate different process parameters that will influence the recrystallization initiation and nucleation.Two ingots manufactured through electric arc furnace, argon oxygen decarburization and refined by vacuum arc remelting were analyzed followed by a homogenization heat treatment. Samples were extracted from three positions, bottom, center, top and from half the radius in the ingot. The chemical composition was analyzed and the mechanical properties was tested trough hot compression testing (Gleeble). From Gleeble testing, the true strain, stress curves were analyzed in order to determine flow softening effects. The microstructure were studied trough light optical microscopy and electron backscatter diffraction.The results reveal that discontinuous dynamic recystallization is the dominant flow softening mechanism. There was no significant difference between the three positioning within the ingot.To maximize the recrystallized area fraction higher strain and temperatures must be provided or lower strain rates.
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Chollet, Sébastien. "Étude des modifications microstructurales de superalliages à base nickel induites par nitruration assistée plasma." Thesis, Poitiers, 2014. http://www.theses.fr/2014POIT2293/document.
Full textAbstract:
Les turbines aéronautiques et terrestres utilisent comme matériaux de structure les superalliages à base nickel. Ils sont confrontés en utilisation à des environnements agressifs à très hautes températures, conduisant à l'usure et la corrosion, et à des sollicitations mécaniques qui entraînent fatigue et fluage. Pour permettre l'utilisation de ces matériaux dans des conditions toujours plus sévères de fonctionnement et augmenter la durée de vie des pièces, divers traitements de nitruration ont été proposés pour durcir la surface tout en conservant ou en améliorant la tenue mécanique et la résistance chimique. Les modifications induites par la nitruration, leur stabilité et l'influence de la microstructure initiale sont encore mal comprises dans ces matériaux complexes. Au cours de ces travaux, nous avons étudié les effets d'une nitruration assistée plasma en fonction de la microstructure et de la composition chimique des alliages. Différents types de superalliages à base nickel ont été choisis, de microstructures variées, comprenant éventuellement des précipités de type Ni3(Al,Ti,Nb) et/ou Ni3 (Nb). Nous avons alors caractérisé les modifications induites par l'introduction de l'azote dans les matériaux suite à un traitement de nitruration à basse température (400°C) : expansion de la maille, génération de contraintes résiduelles, comportement des précipités, formation de nitrures, plasticité, anisotropies... Les résultats obtenus suggèrent des effets différents selon la composition des précipités. Ces modifications structurales et leurs évolutions ont ensuite été étudiées lors d'un recuit à plus haute température (650°C) afin d'étudier la stabilité des couches forméesNickel-based superalloys are commonly used in pressurized water heat exchangers or in the hottest sections of aeroengines or industrial gas turbines, where they are subjected to high temperature and severe mechanical solicitations (fatigue, creep). To allow use of those materials in more and more difficult operating conditions and to improve their duration, different nitriding treatments have been proposed to harden the surface while maintaining or improving their mechanical strength and chemical resistance. However, modifications induced by nitriding, resulting stability in time and influences of the initial microstructure are still poorly understood in these complex materials. In this work, we investigated the behavior of plasma nitriding on superalloys according to their initial microstructure and chemical composition. Thus, different types of Nickel-based superalloys were selected with various microstructures, possibly including precipitates like Ni3(Al, Ti, Nb) and/or Ni3(Nb). Then, we have characterized the modifications induced by nitrogen introduction in the materials after nitriding treatment at low temperature (400°C): lattice expansion, generation of residual stress, precipitates behavior, nitrides formation, plasticity, anisotropy... The results suggest different behaviors depending on the composition of precipitates. Finally, these structural modifications and their evolutions have been studied during an annealing at higher temperature (650°C) in order to study the stability of the nitrided layers
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Michon, Sylvain. "Optimisation métallurgique et mécanique de superalliages base cobalt pour usage verrier à 1200°C." Nancy 1, 2004. http://www.theses.fr/2004NAN10003.
Full text
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CHAKIB, KHALID. "Etude par frottement interne haute température de composés intermétalliques et de superalliages base nickel." Poitiers, 1993. http://www.theses.fr/1993POIT2336.
Full textAbstract:
Des superalliages base nickel developpes pour des conditions severes de temperature et de contrainte, ainsi que les phases intermetalliques les composant, ont ete etudies par frottement interieur en balayage de frequence de l'ambiante a 1200 k. Aux basses temperatures (350-450 k), des effets de relaxation lies a la presence d'interstitiels ont ete obtenus dans des monocristaux ni#3al+hf et tial et dans le superalliage monocristallin am1. Aux hautes temperatures (>850 k), dans tous les materiaux etudies, un pic de relaxation lie a la montee des dislocations par auto-diffusion a ete observe. Ce mecanisme intervient fortement sur les proprietes mecaniques, par exemple dans l'alliage de revetement nicocralyta, il entraine l'apparition de la ductilite dans le materiau. Des effets complexes d'amortissement lie a l'ordre ont ete mis en evidence dans plusieurs cas: pic de relaxation intense dans les polycristaux ni#3al ordonne lie a la presence de fautes d'ordre et effet d'amortissement non thermiquement active dans le superalliage am1 et un polycristal a grains ni#3al ordonne et desordonne. Ces resultats originaux sont analyses en terme de desordre local et de gradient chimique
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Véron, Muriel. "Étude et modélisation de la coalescence orientée dans les superalliages à base de nickel." Grenoble INPG, 1995. http://www.theses.fr/1995INPG0025.
Full textAbstract:
Les superalliages monocristallins a base de nickel permettent l'elaboration d'aubes monocristallines dans les turbines des turboreacteurs a hauts rendements. Lors du fonctionnement des aubes, a haute temperature et sous contrainte, une evolution microstructurale de l'alliage est observee: la phase durcissante coalesce. Ce travail sur des monocristaux de superalliage a pour but de determiner quels sont les phenomenes mis en jeu lors de cette evolution microstructurale, et ses implications au niveau du comportement mecanique de l'alliage. Dans le cadre de nos recherches, nous avons caracterise les phenomenes microstructuraux par microscopie electronique en transmission (etude des dislocations aux interfaces), par des etudes en rayons x (parametres de maille), nous avons etudie les morphologies de coalescence obtenues apres fluage par microscopie electronique a balayage et analyse d'image. Des experiences originales pour etudier l'influence d'une predeformation sur la coalescence orientee nous ont permis de mettre en evidence la force motrice du phenomene: c'est la relaxation anisotrope des contraintes de coherence par les dislocations mobiles. Cette relaxation anisotrope est a l'origine d'un gradient d'energie elastique entre deux interfaces matrice/precipite voisines, generant des flux de diffusion. En nous appuyant sur les resultats precedents, nous avons developpe une simulation numerique 3d a l'echelle mesoscopique, permettant de rendre compte de l'evolution morphologique des superalliages sous contrainte, et ce, avec une cinetique realiste. Le superalliage simule est un reseau de couloirs de matrice, leur taille etant distribuee suivant la distribution observee experimentalement. La simulation nous a permis de tracer une carte des morphologies de coalescence attendues en regime plastique, dans le plan (contrainte appliquee, desaccord parametrique). Enfin, une etude de la geometrie des plans de glissement des dislocations a l'aide de coupes du reseau simule de precipites nous permet de discuter des caracteristiques mecaniques de la structure des superalliages pour des morphologies coalescees ou non
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Song, Jin E. "Hierarchical multiscale modeling of Ni-base superalloys." Thesis, Georgia Institute of Technology, 2010. http://hdl.handle.net/1853/34855.
Full textAbstract:
Ni-base superalloys are widely used in hot sections of gas turbine engines due to the high resistance to fatigue and creep at elevated temperatures. Due to the demands for improved performance and efficiency in applications of the superalloys, new and improved higher temperature alloy systems are being developed. Constitutive relations for these materials need to be formulated accordingly to predict behavior of cracks at notches in components under cyclic loading with peak dwell periods representative of gas turbine engine disk materials. Since properties are affected by microstructure at various length scales ranging from 10 nm tertiary γ' precipitates to 5-30 μm grains, hierarchical multiscale modeling is essential to address behavior at the component level.
The goal of this work is to develop a framework for hierarchical multiscale modeling network that features linkage of several fine scale models to incorporate relevant microstructure attributes into the framework to improve the predictability of the constitutive model. This hierarchy of models is being developed in a collaborative research program with the Ohio State University. The fine scale models include the phase field model which addresses dislocation dissociation in the γ matrix and γ' precipitate phases, and the critical stresses from the model are used as inputs to a grain scale crystal plasticity model in a bottom-up fashion. The crystal plasticity model incorporates microstructure attributes by homogenization.
A major task of the present work is to link the crystal plasticity model, informed by the phase field model, to the macroscale model and calibrate models in a top-down fashion to experimental data for a range of microstructures of the improved alloy system by implementing a hierarchical optimization scheme with a parameter clustering strategy. Another key part of the strategy to be developed in this thesis is the incorporation of polycrystal plasticity simulations to model a large range of virtual microstructures that have not been experimentally realized (processed), which append the experimentally available microstructures. Simulations of cyclic responses with dwell periods for this range of virtual (and limited experimental) polycrystalline microstructures will be used to (i) provide additional data to optimize parameter fitting for a microstructure-insensitive macroscopic internal state variable (ISV) model with thermal recovery and rate dependence relevant to the temperatures of interest, and (ii) provide input to train an artificial neural network that will associate the macroscopic ISV model parameters with microstructure attributes for this material. Such microstructure sensitive macroscopic models can then be employed in component level finite element studies to model cyclic behavior with dwell times at smooth and cracked notched specimens.
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Boussinot, Guillaume. "Etude du vieillissement des superalliages à base nickel par la méthode de champs de phase." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066575.
Full textAbstract:
Nous avons utilisé la méthode de Champs de Phase pour étudier l'évolution de la microstructure gamma-gamma' des superalliages à base nickel, couramment utilisés dans l'industrie aéronautique. L'énergie d'interface gamma/gamma' a fait l'objet de calculs de structure électronique afin de calibrer le modèle de Champs de Phase sur un alliage Ni-Al. Nous avons ensuite étudié le vieillissement de la population de petits précipités gamma' (tertiaires) dans une microstructure bimodale, destinée aux superalliages pour disques de turbine. Les mécanismes physiques gouvernant ce vieillissement ont alors été élucidés. Par la suite, nous avons étudié les superalliages pour aubes de turbine lorsqu'ils sont soumis à une sollicitation extérieure. Notre modèle nous a permis de reproduire la coalescence orientée, fréquemment observée expérimentalement. Nous avons alors, d'une manière phénoménologique, mis au point une première approche pour décrire le fluage des superalliages
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Ben, Hamouda Haithem. "Modélisation et simulation de la structure de solidification dans les superalliages base-nickel : application AM1." Thesis, Paris, ENMP, 2012. http://www.theses.fr/2012ENMP0040/document.
Full textAbstract:
L'alliage de première génération (AM1) est un superalliage base-nickel utilisé par la Snecma pour élaborer des aubes de turbine monocristallines de géométrie complexe capables de résister aux conditions extrêmes de température et de pression. Cependant, lors du procédé de solidification, le contrôle du flux de chaleur est difficile pour des raisons de complexité de la géométrie, de la mise en grappe des pièces ou de la cinétique de solidification de l'alliage. Par conséquent, le risque de germination parasite peut avoir lieu dans le liquide surfondu. Pour comprendre l'origine de la germination parasite, il est important d'identifier avec précision la variation des isothermes dans la pièce au cours de la solidification pour localiser les zones de surfusion critiques. Pour ce faire, nous avons prédit par simulation numérique la germination et la croissance des grains au cours de la solidification. Nous avons implémenté dans le module CAFE du code Procast un algorithme de couplage permettant de tenir compte de la transformation liquide→solide dans la résolution du problème thermique. Ce couplage a permis de prédire le phénomène de recalescence qui témoigne de la germination parasite. La conversion enthalpie→température dans ce couplage tient compte de plusieurs chemins de solidification qui dépendent du taux de refroidissement à chaque nœud du maillage éléments-finis. Ces chemins de solidification sont tabulés grâce à un nouveau modèle de microségrégation conçu pour les alliages multicomposés en solidification dendritique colonnaire et équiaxe. Ce modèle est basé sur les équations de conservation de la masse totale et de la masse des solutés moyennées sur un volume représentatif. Dans ce modèle, la diffusion des espèces chimiques est contrôlée dans toutes les phases. Le modèle est aussi couplé avec un logiciel de calcul thermodynamique et un modèle de cinétique de croissance dendritique conçu pour les alliages multicomposés. Les prédictions du modèle retrouvent d'expériences menées sur l'AM1AM1 is a nickel-based superalloy that Snecma relies on to elaborate single crystal turbine blades having complex geometry and high resistance to extreme conditions of temperature and pressure. However, controlling heat flux during solidification process is difficult because of many reasons such as the complex geometry, the way of clustering parts and the superalloy solidification kinetics. Consequently, stray grain nucleation can occur in the undercooling liquid. Therefore, it is important to precisely identify critical undercooled zones during solidification. To do this, a new coupling algorithm is integrated in Procast software through its CAFE module. This coupling considers liquid→solid transformation in solving thermal problem. Thus, predicted recalescence during stray grain nucleation can be observed. Enthalpy→temperature conversion is based on tabulated solidification paths depending on cooling rate computed at each Finite Element node. Solidification paths are calculated using a new microsegregation model based on total mass and solute mass conservation equations over a representative volume element. It includes both finite diffusion in phases and growth kinetics for multicomponent alloys. It is also coupled with a thermodynamic software for equilibrium computation. The microsegregation model fits experimental data provided by quenching tests on AM1 superalloy
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Kepa, Thomas. "Synthèse de revêtements d’aluminures modifiés sur superalliages à base nickel et comportement aux hautes températures." Electronic Thesis or Diss., La Rochelle, 2023. http://www.theses.fr/2023LAROS010.
Full textAbstract:
Les revêtements à base d’aluminure de nickel sont bien connus pour conférer une meilleure résistance à la corrosion et/ou à l’oxydation aux matériaux métalliques utilisés à très haute température, en particulier sur les superalliages à base nickel. Des alternatives aux procédés par voie gazeuse (APVS, par exemple) sont recherchées pour des gains de temps et de coût. Par conséquent, nous proposons, dans cette thèse doctorale, d’élaborer ces revêtements de diffusion de type β-NiAl à partir d’une barbotine, générant une microstructure de type haute activité, sur deux superalliages à base nickel monocristallins, l’AM1 et le René N5, avec comme objectif de réduire le temps d’élaboration. Les différents revêtements considérés correspondent à β-NiAl (Al simple), β-(Ni, Pt)Al (incluant la pré-déposition de Pt) et β-NiAl contenant un élément réactif incorporé selon différentes méthodes. Nous avons étudié les effets du temps de traitement thermique, de la quantité de barbotine déposée, de l’atmosphère (argon ou air) et de la concentration. Par la suite, nous avons retenu certains revêtements en vue de les évaluer en conditions d’oxydation isotherme et/ou cyclique à 1100°C pour des temps compris entre 100 et 1000 heures. La réduction du temps d’élaboration des revêtements β-NiAl simples à moins de 6 heures, sous atmosphère air ou Ar, n’entraîne aucune modification du comportement en oxydation aux hautes températures, car on observe toujours un régime parabolique. Pour les revêtements β-(Ni, Pt)Al, la quantité de barbotine déposée doit être réduite (par rapport aux β-NiAl) pour éviter la formation de la phase fragile PtAl2. Cependant, les premiers essais en oxydation cyclique montrent des pertes de masse significatives dont les causes restent à déterminer. Pour améliorer le comportement vis-à-vis de l’écaillage des couches formées lors de l’oxydation, nous avons envisagé d’incorporer CeO2 selon trois voies différentes : par mélange de poudres ; par dispersion de particules de CeO2 dans un pré-dépôt de nickel chimique ; par ajout de nitrate de cérium à la barbotine. Seules les deux dernières méthodes ont permis d’obtenir, de façon reproductible, des revêtements homogènes, que nous avons pu étudier en conditions d’oxydation. Les études ont montré que l’ajout, avant aluminisation, d’un dépôt de nickel chimique (avec ou sans CeO2) générait une interface susceptible de réduire la tenue en oxydation. Néanmoins, l’ajout de CeO2 lors du pré-dépôt de nickel a permis d’obtenir, dans une certaine gamme de teneurs, un comportement en oxydation à haute température meilleur que celui observé avec les revêtements sans CeO2. Nous avons proposé une méthode de synthèse originale, consistant en un ajout de nitrate de cérium dans la barbotine. Les analyses ont montré que l’élément réactif était par la suite bien incorporé dans le revêtement. La teneur optimale en cérium doit cependant encore être optimisée pour éviter les phénomènes de sur-dopage. Enfin, nous avons mené une étude préliminaire sur la dissolution sélective, par voie électrochimique, des revêtements élaborés à partir de barbotine, après oxydation, en vue d’une réparation par ré-aluminisationAluminide-based coatings (β-NiAl) are well known to impart better corrosion and/or oxidation resistance to metallic materials used at very high temperatures especially on nickel-based superalloys. Alternatives to gaseous processes (SVPA, for example) are being investigated to save time and reduce costs. In this sense, the synthesis of diffusion coatings of the β-NiAl type by slurry at reduced times is proposed in this PhD thesis. The coatings result in high activity type microstructures on two single-crystal nickel-based superalloys, AM1 and René N5.The different considered coatings correspond to β-NiAl, β-(Ni, Pt)Al (including Pt pre-deposition) and β-NiAl doped with a reactive element, for which several methods of incorporating the reactive element have been considered. Subsequently, some coatings were selected to be studied under isothermal and/or cyclic oxidation conditions at 1100°C for times up to 1000 hours. The reduction in the coating time of these simple β-NiAl coatings to less than 6 hours and in an Ar or air atmosphere does not change their oxidation behaviour at high temperatures since parabolic regimes are still observed. For the β-(Ni, Pt)Al coatings, the amount of slurry deposited must be reduced (compared to β-NiAl) to avoid the formation of the brittle PtAl2 phase. The first tests in cyclic oxidation showed significant mass losses, whose origins remain to be clarified. The improvement against spallation has been studied through the incorporation of CeO2 following three different ways: by mixing powders; by dispersing CeO2 particles in an electroless nickel pre-deposit, by adding cerium nitrate to the slurry. Only the last two methods provided homogeneous and reproducible coatings that were studied in oxidation. The results showed that the addition of an electroless nickel deposit (with or without CeO2) prior to aluminization generated an interface susceptible to reduce the oxidation performance of the coatings. Nevertheless, specific additions of CeO2 to the nickel pre-deposit led to a better oxidation behaviour than the one observed with no CeO2 doping. An original synthesis method consisting in adding cerium nitrate to the slurry was also applied. It was demonstrated that the reactive element was indeed well incorporated into the coating. The optimal content still must be studied to avoid over-doping phenomena. Finally, a preliminary study of electrochemical stripping of slurry coatings, followed by re-aluminization for repair purposes, has been conducted
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Gale, William Francis. "Joining of nickel-base substrates using Ni-Si-B and Ni-P alloys." Thesis, University of Cambridge, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.359883.
Full text
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Garimella, Narayana. "Multicomponent interdiffusion in austenitic Ni-, Fe-Ni-base alloys and L1₂-Ni₃Al intermetallic for high-temperature applications." Orlando, Fla. : University of Central Florida, 2009. http://purl.fcla.edu/fcla/etd/CFE0002521.
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Aslan, Ozgur. "Simulation numérique de la fissuration par fatigue dans les monocristaux de superalliages à base de nickel." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00540893.
Full textAbstract:
Les composants monocristallins fonctionnant à des températures élevées sont soumis à des conditions de chargement thermo-mécanique sévères. La géométrie et le comportement de ces composants sont très complexes. Un défi majeur est de développer des modèles mathématiques afin de prévoir l'initiation et la propagation de fissures en présence de contraintes importantes et de forts gradients de température. Dans ce cas, le comportement élastoviscoplastique fortement anisotrope du matériau étudié (superalliage à base Ni) doit être pris en compte. Le modèle correspondant doit être en mesure de rendre compte de la croissance anisotrope des fissures et de leur bifurcation dans des champs de contrainte complexes. De plus, le modèle doit être capable de prédire non seulement le taux de croissance des fissures mais aussi les chemins de fissuration. La mécanique de l'endommagement anisotrope est un cadre théorique bien adapté au développement de modèles de croissance de fissures dans les monocristaux. Au cours d'études précédentes, une loi de comportement couplant plasticité cristalline et endommagement cyclique a été développée, démontrant l'intérêt de cette approche, mais aussi ses limites, notamment du fait de la dépendance au maillage des résultats. Le développement récent de modèles non-locaux dans le cadre de la mécanique des milieux continus pourrait ainsi aider à surmonter ces difficultés. Une grande base expérimentale existe concernant l'initiation et la propagation de fissures dans les superalliages monocristallins à base de nickel. Les simulations thermomécaniques par éléments finis des aubes de turbine fournissent des informations détaillées sur la distribution des contraintes et des déformations plastiques, en particulier près de singularités géométriques comme les trous et les fentes de refroidissement. Tout d'abord, sur la base de la théorie de la plasticité cristalline qui établit un lien solide entre les contraintes et les déformations plastiques, un modèle découplé en mécanique de l'endommagement basé sur l'historique des calculs par éléments finis sera présenté. Ensuite, un modèle d'endommagement incrémental basé sur les milieux généralisés sera proposé et enfin, les prédictions du modèle pour l'initiation et la croissance de micro-fissures en résolvant le problème de dépendance au maillage seront discutés.
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Marchal, Nicolas. "Propagation de fissure en fatigue-fluage à haute température de superalliages monocristallins à base de nickel." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00137123.
Full textAbstract:
Les aubes de la turbine haute pression des turboréacteurs ou des turbines terrestres sont des composants importants soumis à des chargements thermomécaniques sévères. Ces aubes sont fréquemment réalisées en superalliage à base de nickel monocristallin. Les modèles de durée de vie actuels décrivent l'amorçage de microfissures, alors que plusieurs études ont montré la nécessité de tenir compte de leur propagation. L'objet de cette thèse était donc de la modéliser par l'approche locale de la rupture en fatigue et en fatigue-fluage. Nous avons d'abord identifié une loi de comportement cristallographique dans des conditions de sollicitation variées. Cette loi a été utilisée pour simuler l'activation des systèmes de glissement en pointe de fissure à haute température sous sollicitations cycliques. Des essais de fissuration à haute température ont alors été réalisés pour comprendre l'influence de plusieurs paramètres. On montre notamment que les effets de l'orientation cristallographique ou de l'environnement sont peu marqués. Deux modèles complémentaires de propagation de fissure sont proposés. Le premier permet d'estimer rapidement la vitesse de propagation en fonction des conditions de chargement. Il s'agit d'un post-traitement de calculs cycliques par éléments finis, utilisable à moyen terme en milieu industriel. Le deuxième modèle permet de simuler le chemin de fissuration, notamment la bifurcation de fissure. C'est un modèle d'endommagement continu. Ces outils ont été validés dans plusieurs conditions de chargement. Ils offrent des perspectives prometteuses d'amélioration des prédictions de durée de vie. L'extension des modèles au cas anisotherme, la modélisation non locale de l'endommagement et la diminution des temps de calcul sont des points sur lesquels des progrès sont possibles.
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Lu, Thanh-Chi. "Structure superficielle des poudres de superalliages base nickel et mécanismes intervenant au cours de la densification." Paris, ENMP, 1987. http://www.theses.fr/1987ENMP0074.
Full textAbstract:
Role de la structure des surfaces de poudre avant la compaction isostatique a chaud et son evolution au cours de la consolidation. Influence des caracteristiques morphologiques et microstructurales sur la cinetique de consolidation et sur le comportement mecanique des materiaux compactes
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Finet, Laurane. "Stabilité en composition et en température des phases η et δ dans les superalliages base nickel." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM062.
Full textAbstract:
L’utilisation des superalliages base nickel polycristallins pour disques de turbine est actuellement limitée à des températures inférieures à 700 °C, conséquence de la perte de stabilité de la distribution des précipités de phases γ’ et γ’’ au-delà de cette température. Ces phases pourraient être partiellement remplacées par d’autres phases durcissantes comme δ-Ni3Nb, δ-Ni3Ta, η-Ni3Ti ou η-Ni3(Al,Nb), qui sont connues pour éventuellement être stables à des températures supérieures à 800 °C. Néanmoins, la structure cristallographique, la composition et la stabilité thermodynamique de ces phases sont mal définies. La présente étude a donc pour but principal de déterminer la stabilité en composition et en température des phases η et δ. Une série de compositions simplifiées de superalliages base nickel à haute teneur en Nb et/ou en Ta (> 4 % at.), inspirées de compositions existantes et de résultats issus de calculs thermodynamiques (Thermo-Calc+TCNI7), ont été élaborées par coulée VIM. Après des traitements de remise en solution et de revenus, les alliages ont été caractérisés en MEB et en MET pour préciser la morphologie et la distribution des précipités et pour déterminer leurs structures cristallographiques, leurs compositions et leurs températures de solvus. Des analyses en DRX haute énergie au synchrotron, avec chauffage in situ, ont permis de suivre l’évolution des fractions volumiques des phases η et δ dans certains alliages. Dans un premier temps, l’influence de la composition des alliages sur la structure cristallographique et la composition des phases η et δ est étudiée, ce qui permet d’affiner les critères en composition pour la formation des phases η et δ. La stabilité en température en fonction de la composition des phases η et δ et leur cinétique de précipitation sont discutées dans un second temps. Les résultats expérimentaux sont comparés aux données issues des calculs thermodynamiques et des désaccords significatifs sont mis en évidence pour les alliages à haute teneur en Nb et en TaThe use of polycrystalline nickel base superalloys for turbine discs application is limited to temperatures less than 700 °C because of the loss of the stability of the γ’ and γ’’ phases precipitate distributions at higher temperature. These phases could be partially replaced by other hardening phases known to be potentially stable at temperatures higher than 800 °C, like δ-Ni3Nb, δ-Ni3Ta, η-Ni3Ti or η-Ni3(Al,Nb). However, the crystallographic structure, the composition and the thermodynamic stability of these different phases are not well known. Therefore, the aim of the present study is to determine the composition and temperature stability domains of η and δ phases. Simplified compositions of nickel base superalloys with high Nb and Ta contents (> 4 at. %), inspired from literature data and thermodynamic calculations (Thermo-Calc+TCNI7), were produced by VIM. After homogenization and ageing treatments, the alloys were characterized by SEM and TEM to define the various precipitate morphologies and distributions and to determine the crystallographic structure of the different phases, their composition and their solvus temperature. Synchrotron high energy XRD, with in situ heating, was performed in order to follow the evolution of phase volume fractions in some alloys. First, the influence of the alloy composition on the crystallographic structure and the composition of η and δ phases is studied, and these results allow us to refine the composition criteria for the formation of η and δ phases. And secondly, the effect of the alloy composition on the temperature stability of η and δ phases and their precipitation kinetics are discussed. The experimental results are compared to the thermodynamic calculations and some large inconsistencies are highlighted for alloys with high Nb and Ta contents
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MAZZELA, AGNES. "Microstructure d'assemblages de superalliages base nickel realises par brasage-diffusion; relation avec leur comportement en fluage." Paris 11, 1993. http://www.theses.fr/1993PA112480.
Full textAbstract:
Le but de ce travail est d'etudier la microstructure de jonctions brasees de superalliages astroloy/bni-3/ds247 ayant subi un traitement de compactage isostatique a chaud a differentes temperatures et vitesses de refroidissement. L'objectif majeur etait la comprehension des phenomenes metallurgiques mis en jeu lors de ces traitements thermiques, afin d'interpreter les differences de proprietes en fluage a 750c sous 300mpa de jonctions compactees suivant des gammes de traitements differentes. Les meilleures durees de vie ont ete attribuees a la presence de joints de grains denteles et a la precipitation de phases gamma prime, reparties de maniere homogene, dans le joint brase. Lorsque le joint brase et l'astroloy possedent une teneur en elements gamma prime identique, une competition entre la resistance de ces deux alliages est obtenue et les ruptures se produisent soit dans le joint soit dans le superalliage. L'extension des resultats obtenus sur le systeme avec le ds247 au systeme avec un alliage monocristallin, l'am1, a montre des differences de comportement en fluage. Les durees de vie inferieures des jonctions avec l'am1 ont ete attribuees a un renforcement intergranulaire dans le joint brase moins efficace: frequences de dentelures moins elevees. La caracterisation microstructurale et mecanique de jonctions realisees avec de nouvelles brasures (dont la composition permettrait la formation des elements microstructuraux renforcants mis en evidence dans les jonctions avec le ruban bni-3) a revele plusieurs imperatifs quant au choix des elements a ajouter: l'addition d'une quantite importante d'aluminium provoque la precipitation de phase gamma prime grossiere dont le caractere fragilisant a ete mis en evidence; la presence de carbone, de bore et de chrome, en quantites inferieures a celles rencontrees dans l'astroloy, ne permet pas la formation des precipites intergranulaires renforcants esperes