Influence de l'oxygène sur le comportement à la solidification d'aluminiures de titane binaires et alliés au niobium basés sur le composé intermétallique [gamma]-TiAI

Influence of oxygen on the solidification behaviour of binary and niobium containing gamma titanium aluminides

• Auteur / Autrice : Julien Zollinger
• Direction : Hervé Combeau, Dominique Daloz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et ingénierie des matériaux
• Date : Soutenance le 08/07/2008
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de science et génie des matériaux et de métallurgie (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Alain Hazotte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Combeau, Dominique Daloz, Alain Hazotte, Jacques Lacaze, Michel Rappaz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Lacaze, Michel Rappaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés intermétalliques

Turbines à gaz -- Aubes

Mots clés libres

Solidification

Microstructures

Microségrégation

Alliages TiAl

Composés intermétalliques

Solidification

Microstructures

Microsegregation

TiAl-based alloys

Intermetallic compounds

Résumé

Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet européen IMPRESS, "Intermetallic Materials Processing in Relation to Earth and Space Solidification". Elle porte sur la compréhension des mécanismes fondamentaux qui contrôlent la solidification de l’alliage Ti-46Al-8Nb envisagés pour le développement d’aubes de turbines. La première partie de cette étude caractérise l’influence de l’oxygène sur le comportement à la solidification d’alliages de base TiAl coulés et contenant de 40 a 48 at.% d’aluminium. L’addition d’oxygène augmente la fraction volumique de phase [alpha] formée pendant la solidification péritectique et conduit au changement de la phase primaire de solidification de la phase [bêta] à la phase [alpha] dans les alliages ternaires Ti-44,3Al-1,5O, Ti-47,7Al-0,8O et Ti-47,3Al-1,5O (at.%). Les coefficients de partage pour l’aluminium et l’oxygène kAl[alpha]/l= 0,9 et kO[alpha]/l = 1,29, ont été déterminés pour l’alliage ayant [alpha] comme phase primaire de solidification. Dans un deuxième temps, l’étude du comportement à la solidification de l’alliage Ti-46Al-8Nb, est décrite en portant une attention particulière sur les effets de la contamination et des conditions de croissance sur la formation des microstructures et des microségrégations. Deux comportements différents ont été mis en évidence : dans la phase primaire de solidification [alpha] rencontrée pour des hauts niveaux de contamination en oxygène, une très faible rétrodiffusion est observée. Pour de faibles quantités d’oxygène, la phase primaire de solidification est la phase [bêta]. Dans ce cas la présence d’oxygène induit une augmentation de l’amplitude de ségrégation malgré une forte rétrodiffusion dans la structure cubique centrée

This study was performed in the framework of the IMPRESS, "Intermetallic Materials Processing in Relation to Earth and Space Solidification", and is dedicated to the understanding of the fundamental mechanisms that control solidification in a Ti-46Al-8Nb alloy selected for TiAl-based alloy turbine blade development. The first part of this work is devoted to study the influence of oxygen on the solidification behaviour of cast TiAl-based alloys containing from 40 to 48 at.% of Al. Increasing the oxygen content affects significantly the macrostructure of the as-cast ingots, increases volume fraction of the phase formed during the peritectic solidification and leads to a change of the [bêta] primary solidification phase to the [alpha] phase in the ternary Ti-44.2Al-1.4O, Ti-47.3Al-0.9O and Ti-47.2Al-1.5O (at.%) alloys. When [alpha] is the primary solidification phase, the partition coefficients has been determined as kAl[alpha]/l= 0,9 and kO(alpha]/l = 1,29. In a second part, the solidification behaviour of Ti-46Al-8Nb alloy is investigated, with a particular attention to the contamination and growth conditions effects on microstructures and microsegregation formations. For high contamination levels, the solidification phase is [alpha] where oxygen reduces solute mobility, leading to limited backdiffusion. In low oxygen containing alloys, [bêta] is the primary solidification phase, and oxygen leads to an extent of the segregation amplitude despite high level of back-diffusion in the bcc structure