Évolutions des précipités de phase γ' au cours des opérations de forgeage de l'alliage René 65

Evolutions of γ' phase precipitates during forging operations of René 65 alloy

• Auteur / Autrice : Ilusca Soares janeiro
• Direction : Nathalie Bozzolo, Jonathan Cormier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Soutenance le 30/06/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• 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)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Tancret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Bozzolo, Jonathan Cormier, Florence Pettinari-Sturmel, Denis Delagnes, Madeleine Bignon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Pettinari-Sturmel, Denis Delagnes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement thermomécanique

Métaux -- Traitement thermomécanique

Recristallisation (métallurgie)

Forgeage

Microstructure (physique)

Alliages réfractaires

Mots clés libres

Superalliages base nickel

Microstructure y-Y'

Précipitation γ'

Forgeage à chaud

Recristallisation

Nickel based superalloy

Γ-Γ' microstructure

Γ' precipitation

Hot forging

Recrystallization

Résumé

Les superalliages à base de Ni sont des matériaux métalliques à hautes performances qui présentent d'excellentes propriétés mécaniques à haute température. Ils sont largement utilisés par le secteur aéronautique, tant à l'état forgé qu'à l'état coulé, dans les parties des turboréacteurs les plus chaudes et soumises à de fortes contraintes. Afin d'élever la température de fonctionnement des moteurs et ainsi de réduire la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre, le superalliage base Ni polycristallin René 65 a été choisi pour la fabrication de certains disques de turbine des turboréacteurs de nouvelle génération.Un effet non négligeable de la vitesse de chauffage sur les évolutions de la phase γ' a été observé pour des températures proches de la température de solvus γ' (T > 1010 °C) pour l'alliage René 65. Un modèle phénoménologique qui décrit l'évolution de la fraction de précipités γ' primaires en fonction du temps et de la température a été établie pour les alliages René 65 et AD730™. Cette relation permet une meilleure estimation de la taille de grains et de l'évolution des précipités γ' lors de traitements sub-solvus en isotherme. Le phénomène de précipitation dynamique a été observé pour les superalliages γ-γ'. Deux types de précipités dynamiques (i.e. formés lors de la déformation à chaud) ont été caractérisés. La précipitation dynamique semble être favorisée à hautes températures, à faibles vitesses de déformation et à hauts niveaux de déformation jusqu'à un certaine limite, définie à 1,0 pour l'alliage René 65 dans les conditions investiguées. En régime post-dynamique, l'évolution des deux types de précipités γ' dynamiques se produit de manière distincte les uns des autres. Une distribution bimodale de précipités γ' a été observée juste après le traitement de mise en solution. Un scenario a été proposé afin d'expliquer l'origine de l'état de précipitation γ', en prenant en compte l'histoire thermomécanique de l'alliage René 65.

Ni-based superalloys are high-performance metallic materials possessing excellent mechanical properties at high temperatures. They are widely used in the aerospace industry, both in wrought and cast states, in the hottest and most highly stressed parts of jet engines. In order to increase the operating temperature of engines and thus reduce fuel consumption and greenhouse gas emissions, the polycrystalline Ni-based superalloy René 65 has been chosen for the manufacturing of certain turbine disks in new generation jet engines.A non-negligible effect of the heating rate on the γ' phase evolutions was observed for temperatures closer to the γ' solvus temperature (T > 1010 °C) for the Rene 65 alloy. A phenomenological model describing the evolution of the of primary γ' precipitates fraction as a function of time and temperature was established for René 65 and AD730™ alloys. This relationship provides a better estimation of the grain size and γ' precipitates evolutions during γ' sub-solvus isothermal treatments. The dynamic precipitation phenomenon was observed for γ-γ' superalloys. Two types of dynamic γ' precipitates (i.e. developed during hot deformation) have been characterized. Dynamic precipitation seems to be favored at high temperatures, low strain rates and high strain levels up to a certain limit, defined as 1.0 for the René 65 alloy under the investigated conditions. In the post-dynamic regime, the evolution of the two types of dynamic γ' precipitates occurs distinctly from each other. A bimodal distribution of γ' precipitates was observed immediately after subsolvus solution treatment. A scenario was proposed to explain the origin of the γ' precipitation state, considering the thermomechanical history of the René 65 alloy.