Thèse soutenue

Effet d'une pré-déformation plastique au cours des traitements thermiques sur les propriétés mécaniques des superalliages base Ni pour l'application d'aubes de turbine

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Auteur / Autrice : Satoshi Utada
Direction : Patrick VillechaiseJonathan Cormier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
Date : Soutenance le 17/12/2020
Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Safran Aircraft Engines - Institut Pprime / PPRIME
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérémy Rame, Roger C. Reed, Pedro Dolabella Portella, Florence Pettinari-Sturmel
Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Viguier

Résumé

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Les superalliages monocristallins base Ni sont utilisés pour la conception des aubes de turbines en raison de leur excellente durabilité à haute température. Lors de la production d'une aube de turbine, une déformation plastique (DP)inattendue peut être introduite dans le matériau. Dans cette étude, les matériaux monocristallins ont été pré-déformés entre les traitements thermiques de mise en solution et de revenu pour simuler la DP pouvant être rencontrée lors des étapes de production. Des tests mécaniques sur les matériaux pré-déformés ont été effectués pour comprendre l'effet de cette DP.Au cours des traitements thermiques de revenu du superalliage monocristallin AM1 pré-déformé, un grossissement des précipités γ′ plus rapide et une nucléation accélérée de pores ont été observés à proximité des bandes de glissement introduites lors de la DP à température ambiante. Au cours de la déformation par fluage de l’AM1 pré-déformé dans des conditions de haute température/basse contrainte (≥ 950 °C), les bandes à microstructure grossière sont des sites préférentiels d’accumulation du dommage de fluage induit par diffusion, induisant de la recristallisation et une réduction drastique des propriétés de fluage. Dans des conditions de basse température/haute contrainte (≤ 850 °C), le cisaillement de la microstructure est facilité dans les bandes à microstructure grossière et il réduit également les propriétés de fluage.La recristallisation n'est pas été observée dans des ces conditions de fluage à basse température car les mécanismes diffusifs sont ralentis. Ces résultats ont été confirmés via des essais de fluage sur des matériaux pré-déformés suivant différent chemin de pré-déformation (température, position de la DP dans le cycle thermique…). Le superalliage monocristallin CMSX-4 Plus a été testé de manière similaire à l'AM1 pour comprendre l'effet de la composition chimique. L'effet de la DP sur la microstructure de l'alliage est plus limité pour cet alliage par rapport à celui sur l’AM1. Par conséquent, la pré-déformation n'a pas montré de chute de la durée de vie pour le CMSX-4 Plus à des températures inférieures à 1050 °C. Par contre, pendant le fluage de CMSX-4 Plus à 1150 °C, la pré-déformation a montré un impact spectaculaire sur la durée de vie et la ductilité via les mêmes mécanismes que ceux observés pourl’AM1 à 1050 °C.Afin de régénérer les propriétés des superalliages monocristallins pré-déformés, un traitement thermique de restauration a été ajouté après la DP. Le traitement de restauration a permis de restaurer la microstructure après la DP à température ambiante avec succès, et les propriétés de fluage des matériaux restaurés sont équivalentes à celles de l'AM1 et duCMSX-4 Plus vierges de pré-déformation.