Effet d'éléments d'alliage en substitution et en insertion sur les mécanismes de déformation et sur la tenue mécanique d'intermétalliques TiAl à haute température
Auteur / Autrice : | Benjamin Galy |
Direction : | Jean-Philippe Monchoux, Muriel Hantcherli |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique de la matière |
Date : | Soutenance le 11/01/2023 |
Etablissement(s) : | Toulouse 3 |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (Toulouse ; 1988-....) |
Jury : | Président / Présidente : Bernard Viguier |
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Monchoux, Muriel Hantcherli, Florence Pettinari-Sturmel | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Philippe Couzinié, Jose maria San Juan |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Réduire les émissions de CO2 est un enjeu majeur de l'industrie aéronautique, qui nécessite le développement de nouveaux matériaux fonctionnels à hautes températures. Les alliages intermétalliques TiAl sont de bons candidats puisqu'ils ont une faible densité volumique ainsi qu'une bonne résistance mécanique à hautes températures. Aujourd'hui, ces alliages sont employés dans les aubes de turbines, au niveau des parties basses pression de certains moteurs, mais leur température d'utilisation est limitée à environ 700°C. Afin de pouvoir un jour les incorporer dans des parties de plus haute pression, il est nécessaire d'améliorer les alliages TiAl pour qu'ils puissent être employés à des températures d'au moins 800°C. Pour cela, l'ajout d'éléments d'alliages tels que le tungstène, le molybdène, le carbone et le silicium, dans la composition chimique des alliages est une voie intéressante. Ces éléments ont conduit au développement de trois alliages prometteurs pour une utilisation industrielle à haute température. L'alliage IRIS (Ti49.92-Al48-W2-B0.08), développé au CEMES, et les alliages TNM (Ti51.4-Al43.5-Nb4-Mo1-Bo0.1) et TNM+(Ti50.8-Al43.5-Nb4-Mo1-C0.3-Si0.3-Bo0.1), développés par l'université de Leoben. Cependant, l'amélioration des propriétés résultant de l'incorporation de ces éléments, n'est pas encore bien comprise. C'est dans ce contexte que nous avons effectué un travail fondamental visant à comprendre l'effet de chacun de ces éléments sur les propriétés de TiAl, à haute température, avec un intérêt plus particulier pour l'effet des éléments lourds et notamment, celui du tungstène. Ainsi, nous avons travaillé à l'élaboration de matériaux modèles permettant d'isoler l'effet spécifique de chacun des éléments de l'étude. Cette élaboration s'est faite par un procédé de métallurgie des poudres. Cinq nuances d'alliage ont ainsi été atomisées par le procédé EIGA, et les poudres ont ensuite été densifiées par SPS. Des essais de fluage, de traction et de compression ont été effectués sur les nuances binaire et celles contenant les éléments lourds, de microstructures gamma, dans le but de quantifier l'effet de ces éléments. Des essais en la traction et en fluage ont été également réalisés sur les différentes nuances de microstructure lamellaire pour déterminer celle qui présente le meilleur potentiel pour de futures applications industrielles. À partir des éprouvettes de microstructure gamma, déformées en fluage à 800°C, des observations MET post mortem et in situ ont été réalisées sur les nuances TiAl et TiAl-W. Ces observations ont permis d'identifier les mécanismes de déformation actifs dans ces deux nuances, ainsi que leur cinétique. En complément de ces observations, des expérimentations par sonde atomique ont été réalisés sur la nuance TiAl-W pour pousser au niveau atomique l'investigation du rôle du tungstène sur les propriétés de TiAl.