Évolution microstructurale d’un superalliage base cobalt et d’un acier 15Cr-15Co au cours de cyclages thermiques

Microstructural evolution of a cobalt base and a 15Cr-15Co steel during thermal cycling

• Auteur / Autrice : Nihad Ben Salah
• Direction : Gérard Béranger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Métallurgie structurale
• Date : Soutenance en 1987
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique en transmission

Contraintes thermiques

Alliages réfractaires

Austénite

Acier

Fatigue thermique

Cobalt -- Alliages

Mots clés libres

Rechargement par arc plasma transféré

Transformation gamma-epsilon

Austénite de réversion

Résumé

Le comportement en fatigue et chocs thermiques d’alliages assemblés à un substrat en acier par le procédé à arc semi-transféré a été étudié. Deux alliages ont été retenus : un superalliage base cobalt grade 21 (27% Cr, 5,5% Co, 0,25% C et l’acier 4285 (15% Cr, 15% Co, 0,1% C). L’étude microstructurale a permis de mettre en évidence : les modes de déformation responsables de la rupture du grade 21 après chocs thermiques (multiplication des défauts d’empilement, formation de phase epsilon hexagonale compacte, et précipitation associée ; la grande stabilité de celui-ci pour les cyclages doux (fatigue thermique) ; l’adoucissement spectaculaire de l’acier 4285 à la suite des chocs thermiques (restauration de la martensite) et son durcissement en surface après fatigue thermique (formation d’austénite de réversion, transformation de l’austénite de rétention en phase epsilon hexagonale compacte, précipitation à l’interface entre l’austénite interdentritique et la ferrite delta. Sur le plan fondamental, deux grands points ont été abordés : un mécanisme nouveau de la transformation de la phase gamma (cubique à faces centrées) en phase epsilon (hexagonale compacte) qui fait intervenir une réaction cellulaire a été proposé pour expliquer la déviation des relations d’orientation rationnelles ; le mécanisme diffusionnel de formation de l’austénite de réversion dans les aciers à des températures inférieures à la température de début de transformation de l’austénite, a été mis en évidence.

Microstructural evolution after thermal fatigue and shock of two as cast alloys has been investigated. The alloys are an iron base alloy (15% Cr, 15% Co, 0,1% C), 4285 steel ; and a cobalt base superalloy (27% Cr, 5,5% Co, 0,25% C), grade 21, which have been joined to a steel workpiece by the plasma semi-transferred arc process. Enhancement of stacking fault density, the gamma (face centered cubic)-epsilon (hexagonal close packed) transformation and associated precipitation are responsible of the fracture in interdentritic spacing’s of the grade 21. This alloy shows a high stability during thermal fatigue cycling. Softening of the 4285 steel after thermal fatigue is associated with the reversed austenite formation, precipitation at the interdentritic austenite / delta ferrite interface and the transformation of an amount of retained austenite in epsilon hexagonal close packed phase. Fundamentally, two main points have been developed : a new mechanism of the gamma face centered cubic phase to the epsilon hexagonal close packed transformation has been proposed, involving a cellular reaction, to explain deviation from the systematic crystallographic relationship ; it has been shown that a diffusionnal process of reversed austenite formation at temperatures lower than the austenite starting point occurs.