Effet du vieillissement du superalliage base nickel N18 pour disques de turbines sur sa durabilité en fatigue et en fatigue-fluage à 700°C

Aging effect of N18 turbine disk Ni-base superalloy on its fatigue and creep-fatigue durability at 700°C

• Auteur / Autrice : Benjamin Flageolet
• Direction : José Méndez, Patrick Villechaise
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique à balayage et en transmission

Métallurgie des poudres

Traitement thermique

Alliages réfractaires

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Résumé

Les moteurs devant équiper un avion supersonique civil de deuxième génération devront avoir une durée de vie plus grande que les moteurs actuels, et présenter un rendement amélioré. Les disques de turbine seront en conséquence exposés de manière prolongée à des températures élevées, de l'ordre de 700 °C. L'enjeu de cette étude est d'analyser, dans ces conditions, l'évolution de la microstructure métallurgique du superalliage base nickel N18 induite par le maintien à haute température, et d'en évaluer les conséquences sur les processus contrôlant sa durée de vie en fatigue, en fluage, et en fatigue-fluage à 700 °C. Notre approche expérimentale s'est appuyée sur une caractérisation de la modification de la précipitation gamma', qui concerne essentiellement la population la plus fine (tertiaire), et sur divers types d’essais mécaniques à haute température. Nous proposons des approches de type LSW et LSW modifiée pour décrire la croissance des précipités tertiaires à court terme et pour rendre compte du fort ralentissement de la cinétique qui a été mis en évidence à long terme. Aucun effet du vieillissement n'a été noté lorsque le matériau est testé en fatigue. En revanche, une réduction significative de la durée de vie en fatigue-fluage est observée. Nous avons analysé celle-ci au travers de l'étude de l'endommagement du matériau, associé aux précipités gamma' primaires, mais aussi des forts couplages existant entre fatigue, fluage et oxydation dans ces conditions de sollicitation à très haute température

The engines that will equip second generation civil supersonic aircrafts will be supposed to have a longer lifetime and a better efficiency than existing ones. As a consequence, turbine disks will be exposed to a high temperature, close to 700 °C for long periods of time. The purpose of this work is to analyse, in these conditions, the microstructural evolution of the disk alloy N18 induced by a prolonged high temperature exposition, and to assess its effect on the material fatigue and creep-fatigue durability at 700 °C. Our experimental approach is based on the characterization of the modifications of the gamma' precipitation, that essentially concerns the finest population (tertiary), but also on different types of high temperature mechanical tests. We propose different approaches to describe the coarsening process undergone by tertiary precipitates during short term ageing, and to illustrate the strong kinetics slow down evidenced for long term ageing experiments. No microstructural effect has been observed on the material's durability when it is tested in fatigue conditions. However, we note a reduced creep-fatigue life after prior high temperature exposure. This lifetime reduction has been analysed through the damaging process and the strong coupled effects existing between creep, fatigue and oxidation.