Etude par microscopie électronique en transmission des mécanismes de déformation d'un superalliage à base de nickel en fatigue oligocyclique à haute température

Transmission electron microscopy study of the mechanisms of deformation of a nickel based superalloy under low cycle fatigue at high temperature

• Auteur / Autrice : Valérie Brien
• Direction : Brigitte Décamps
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Jean Philibert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ladislas P. Kubin, Luc Rémy, Haël Mughrabi, Georges Saada
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ladislas P. Kubin, Luc Rémy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dislocations dans les métaux

Interfaces (sciences physiques)

Microstructure (physique)

Contraintes (mécanique)

Déformations (mécanique)

Nickel -- Alliages

Propriétés mécaniques

Alliages réfractaires

Alliages -- Fatigue

Mots clés libres

Fatigue oligocyclique

Mécanisme

Contrainte interne

Système glissement

Nk

Low cycle fatigue

Mechanical properties

Mechanism

Deformation

Microstructure

Internal stress

Superalloy

Interface

Dislocation

Slip system

Nickel base alloys

Nk

Résumé

Afin de comprendre les mécanismes structuraux de déformation dans les superalliages monocristallins sous fatigue oligocyclique nous avons réalisé des essais à 950 °C (1223K), à la fréquence 0. 25Hz, à déformation totale imposée avec R epsilon = εmin / εmax= 0 ou -1, selon l'axe cristallographique <001>. En fatigue R epsilon = 0, nous dégageons un comportement général des microstructures de déformation en fonction de deux paramètres qui sont la déformation totale imposée et le nombre de cycles. Ainsi, une simple traction provoque la localisation de réseaux de dislocations aux interfaces matrice/précipité perpendiculaires à <001> de telle manière que les dislocations excitées soient celles qui relaxent l'écart paramétrique. Plus la déformation totale imposée est forte ou plus le nombre de cycles est grand, plus la déformation se répartit de façon homogène (extension aux couloirs verticaux) tout en réduisant l'écart paramétrique entre les deux phases. Une coalescence de type N est notée dès 200 cycles pour les petites quantités de déformation totale imposée. En fatigue R epsilon = -1, nous montrons que la compression déforme les couloirs verticaux sans apparition de réseaux puisqu'un seul système de glissement y est sollicité. La traction déforme toujours les couloirs horizontaux de la même manière qu'en fatigue répétée. Nous montrons par ailleurs l'apparition extrêmement rapide (dès 115 cycles) de la coalescence dirigée de type N (identique à celui obtenu en fluage traction pour ce type de superalliage). La synthèse de ces résultats, enrichie de considérations sur l'évolution des contraintes internes (contraintes de cohérence et contraintes dues à l'écart paramétrique) nous a permis de proposer un modèle de comportement qui prédit (que ce soit en fatigue R epsilon = 0, R epsilon = -1, en traction ou compression) la nature et la localisation des systèmes de glissement activés ainsi que la distribution qualitative des contraintes internes du superalliage.

In order to understand the structural mechanisms of deformation in low cycle fatigued single-crystal superalloys, total deformation imposed with R epsilon = εmin / εmax= 0 or -1, according to crystallographic axis <001> tests were carried out tests at 950 °C (1223K), at the frequency 0. 25Hz. In R epsilon = 0 fatigue, we derive a general behaviour of the microstructures of deformation according to two parameters which are the total deformation imposed and the number of cycles. Thus, a simple tension causes the localization of dislocation networks at matrix/precipitated interfaces perpendicular to <001> so that excited dislocations are those that relax the parametric deviation. The greater the total deformation imposed or the greater the number of cycles, the more homogeneous the deformation spreads out to the vertical channels. Dislocations reduce the parametric misfit between the two phases. Type N coarsening is observed at 200 cycles for small amounts of total deformation imposed. In R epsilon = -1 fatigue, we show that compression deforms the vertical channels without the formation of networks since only one deformation glide sliding system is excited. Tension always deforms the horizontal channels in the same manner as in repeated fatigue. We also show that N type coarsening (identical to that obtained in tension creep for this type of superalloy) occurs very fast, as soon as 115 cycles. The synthesis of these results, enriched with considerations on the internal stresses (coherence stresses and stresses due to parametric deviation/misfit) allowed us to propose a model of behaviour that predicts (whether in fatigue R epsilon = 0, R epsilon = -1, in tension or compression) the nature and location of the active gliding systems as well as the qualitative distribution of the internal stresses of the superalloy.