Thèse soutenue

Évolution de la microstructure et de la texture de la phase α à haute température dans l'alliage TiAl au cours du traitement thermomécanique
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Auteur / Autrice : Fengming Qiang
Direction : Emmanuel BouzyHongchao KouYudong Zhang
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences des matériaux
Date : Soutenance le 19/10/2021
Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Northwestern Polytechnical University (Chine)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (Metz)
Jury : Président / Présidente : Alain Hazotte
Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Bouzy, Hongchao Kou, Yudong Zhang, Jean-Philippe Monchoux, Junpin Lin, Fantao Kong, Bin Tang
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe Monchoux, Junpin Lin

Résumé

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La demande de performances accrues pour les turbines d’avion nécéssitent d’utiliser des alliages TiAl à structure lamellaire (α2+γ) en contrôlant la taille des colonies et l’orientation des lamelles. Comme la structure lamellaire dépend directement de la phase haute température (HT), l'optimisation de la structure lamellaire peut être réalisée en modifiant la phase HT par un traitement thermomécanique adéquat. Dans ce travail, une étude approfondie a été menée sur la phase HT α dans deux alliages TiAl en termes de comportement lors de la déformation, de la recristallisation dynamique (DRX), de la croissance des grains et d'évolution de la texture.Sous compression uniaxiale, la DRX de la phase α se déroule selon un processus de fragmentation continue en trois étapes caractéristiques: ⅰ) déformation des joints de grain initiaux en dentures et formation de sous-joints de flexion symétrique avec axe de désorientation <0001>; ⅱ) Evolution des joints de flexion symétriques en joints de flexion asymétrique avec axe de désorientation <10-1x> ou joints de flexion-torsion avec axe de disorientation <11-2y>; ⅲ) détachement des sous-grains du grain parent et mélange avec les fragments des autres grains par glissement aux joints de grains. Ce processus de fragmentation se produit d’abord dans les régions proches des joints de grain initiaux puis de proche en proche vers l'intérieur des grains. La déformation de la phase α est étroitement liée aux orientations des grains α initiaux. Pour les grains mous, la DRX les transforme complètement pour une déformation macroscopique relativement petite. Les grains durs sont de deux types: ⅰ) grains avec <0001>//LD, pour lesquels l'accumulation de dislocations n’est assistée que par l'accommodation locale des déformations avec les grains α voisins; ⅱ) grains avec <11-20>//LD, pour lesquels l'accumulation de dislocations peut aussi être obtenue par pliage par glissement basal. Ces grains nécessitent une grande contrainte pour accumuler suffisamment de dislocations pour amorcer la DRX. Le comportement mécanique résulte des contributions respectives de la déformation et de la DRX au durcissement et à l’adoucissement. L'évolution de la texture est principalement induite par le glissement des dislocations. Les orientations des grains recristallisés sont largement héritées de celles de leurs parents. Avec la déformation, des orientations de type fibre avec plan basal incliné se sont développées à la fois dans les gros grains retenus (grains durs) et dans les grains formés par DRX (grains mous). Cette texture ne permet pas d’aligner suffisamment les lamelles (α2+γ). Toutefois la compression à chaud produit des grains fins.La microstructure et la texture de la phase après extrusion à chaud dans le domaine de phases (α+β) présentent des caractéristiques différentes. La microstructure extrudée est très hétérogène, comprenant d’une part une population majoritaire constituée à la fois de grains non recristallisés et de petits grains recristallisés avec une texture de fibre <10-10>//ED et d’autre part une population minoritaire de grains ayant subi une croissance anormale avec une texture de fibre <11-20>//ED. Les deux composantes de texture sont bénéfiques pour l'alignement des lamelles. La transformation de phase α → β induite thermiquement interfere avec la croissance anormale des grains pendant le transfert de l'extrusion à la trempe à l'eau, produisant deux types de particules β: i) particules β intergranulaires avec relation d’orientation de type Burger avec leur grain voisin; ii) particules β intragranulaires sans relation d’orientation avec le grain hôte qui correspondent à des particules β intergranulaires qui ont été ensuite envahies par des grains α en croissance anormale.