Thèse soutenue

Origine de l’éclatement de grain sur des pièces forgées en Inconel 718

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Auteur / Autrice : Andrea Agnoli
Direction : Nathalie BozzoloMarc Bernacki
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
Date : Soutenance le 19/12/2013
Etablissement(s) : Paris, ENMP
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
Jury : Président / Présidente : Brigitte Bacroix
Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Bozzolo, Marc Bernacki
Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Villechaise, Bernard Viguier

Résumé

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L'Inconel 718 est un superalliage base nickel très utilisé pour produire les disques de turboréacteurs. Typiquement, une gamme de forgeage à chaud se compose de plusieurs étapes de déformation et de recuit. La présence des particules de seconde phase (particules de phase delta dans l'Inconel 718) permet en principe de limiter la croissance de grains pendant les étapes de recuit grâce au phénomène d'ancrage de Zener. Néanmoins, l'hétérogénéité microstructurale (distribution des particules, écrouissage, composition chimique) peut favoriser une croissance anormale des grains pendant le recuit. Ce phénomène est connu industriellement sous la terminologie d'"éclatement de grains". Les objectifs de la thèse étaient d'identifier les mécanismes responsables de l'éclatement des grains qui peut survenir durant les étapes de recuit sur les pièces forgées en Inconel 718, de les modéliser, et de simuler numériquement le phénomène. Les mécanismes physiques à l'origine du phénomène sont d'abord étudiés expérimentalement grâce à la caractérisation (par MEB et EBSD) des pièces forgées. L'influence des particules de seconde phase et de l'énergie stockée (estimée par des mesures de désorientations intragranulaires) est notamment étudiée. A partir des observations réalisées, une explication est proposée : le phénomène apparaît lorsque les forces motrices pour la migration des joints de grains dépassent la force de freinage de Zener ; ceci peut se produire lorsque la microstructure contient de l'énergie stockée, distribuée de manière hétérogène. Des essais de torsion à chaud sont mis en place pour reproduire, en laboratoire, le même phénomène, étudier la sensibilité aux paramètres thermomécaniques, et tester les hypothèses émises concernant les mécanismes. Les mécanismes ainsi identifiés comme responsables de l'éclatement de grains sont enfin simulés au moyen d'un modèle numérique en 2D. Le modèle numérique en champ complet est basé sur la méthode des éléments finis, et utilise le formalisme level-set pour décrire les joints de grains. La simulation de l'évolution microstructurale prend en compte à la fois les forces motrices des joints de grains liées à la capillarité et à l'énergie stockée, et l'interaction des joints de grains avec les particules de seconde phase. Ainsi, l'effet de la distribution de l'énergie stockée (estimée à partir de données expérimentales) a pu être étudié numériquement dans des microstructures avec particules.