Croissance de grains hétérogène dans le superalliage base fer 286

Heterogeneous grain growth in the iron-based superalloy 286

• Auteur / Autrice : Antonio Potenciano carpintero
• Direction : Nathalie Bozzolo, Marc Bernacki
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• 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 : Equipe de recherche : Métallurgie Structure Rhéologie
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Recristallisation

Croissance de grains

Énergie stockée

Simulation EF

Essais mécaniques

Ebsd

Recrystallization

Grain growth

Stored energy

FE simulation

Mechanical testing

Ebsd

Résumé

Dans des différents alliages innovants pour des applications à hautes températures dans de nombreux secteurs (aéronautique, automobile, gaz et pétrole), la croissance de grains est censée être contrôlée et limitée par la présence de particules de seconde phase qui freinent et bloquent la migration joints de grains (par le phénomène dit d'ancrage de Smith-Zener). Dans certains cas, les microstructures contiennent de l'énergie stockée essentiellement sous la forme de dislocations induites par la déformation plastique et cette énergie stockée fournit une force motrice pour la migration des joints de grains qui s'ajoute aux forces de capillarité. Si la force motrice nette dépasse la force d'ancrage, les grains peuvent grossir au-delà de la taille limite prévue par le modèle de Smith-Zener. Le nombre de grains satisfaisant cette condition contrôle la distribution de tailles de grains résultante et son homogénéité. Par conséquent, l'objectif de cette thèse sera de optimiser les gammes de fabrication de fils et barres en superalliage base Fer 286, pour respecter la taille de grains ciblée, et pour éviter le développement de microstructures hétérogènes. Cet alliage est en effet sujet à un phénomène de croissance de grains hétérogène menant à la formation de très gros grains, rédhibitoires pour les applications ciblées pour l'industrie. Ces travaux permettent de mieux comprendre le comportement des alliages Fe-Ni, aidant le partenaire industriel Aperam à optimiser le procédé de fabrication.

In different high-performance innovative alloys for high temperature applications in several sectors (aeronautical, automotive, oil and gas), grain growth is supposed to be controlled and limited by the presence of second phase particles which slow down and block grain boundary migration (by the so-called Smith-Zener anchoring phenomenon). In some cases, microstructures contain stored energy primarily in the form of plastic deformation-induced dislocations and this stored energy provides a driving force for grain boundary migration which adds to capillary forces. If the net driving force exceeds the anchoring force, the grains can grow beyond the size limit predicted by the Smith-Zener model. The number of grains meeting this condition controls the resulting grain size distribution and its homogeneity. Consequently, the objective of this thesis will be to optimize the manufacturing of wires and bars in the iron-based 286 superalloy, to accomplish the target grain size, and to avoid the development of heterogeneous microstructures. This alloy is in fact subject to a phenomenon of heterogeneous grain growth leading to the formation of very large grains, unacceptable for applications targeted for industry. This work allows a better understanding of the behavior of Fe-Ni alloys, assisting the industrial partner Aperam to optimize the manufacturing process.