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Mécanismes élémentaires du vieillissement des superalliages base Nickel

Les superalliages base nickel sont biphasés. La phase durcissante γ’ qui est ordonnée à longue distance (structure L12 type Ni3Al) est entourée de phase γ ordonnée à courte distance.

Ces alliages sont utilisés dans les parties chaudes des turboréacteurs et leur tenue mécanique à haute température conditionne le rendement des moteurs et influence leur pollution. Ils font l’objet de recherches fondamentales dans tous les pays industrialisés parce qu’ils sont aussi utilisés dans l’industrie nucléaire et les outillages.

Dans les moteurs d’avions ils apparaissent sous deux formes : les disques sont constitués de superalliages polycristallins tandis que les pâles sont monocristallines. Utilisés dans des conditions extrêmes de température de contrainte et d’environnement les superalliages vieillissent.

Ce vieillissement, qui conditionne la durée de vie des pièces, se produit de façon différente selon que l’alliage est mono ou polycristallin. Les transformations morphologiques subies sont importantes et leur stabilité conditionne la sécurité du transport aérien. Les mécanismes élémentaires de ces évolutions sont encore mal compris. Leur maîtrise passe par la compréhension du vieillissement aux échelles micro et nanoscopiques. Bien entendu l’étude et la modélisation du comportement mécanique aux trois échelles (micro, méso et macro) est essentielle et le passage d’une échelle à l’autre fondamental.

Sujets de recherche:

- Mécanismes élémentaires de la mise en radeaux et de la déstabilisation des radeaux en relation avec la qualité de l’ordre dans les superalliages base Nickel monocristallins.
- Mécanismes de vieillissement des superalliages à double précipitation pour disques et micro mécanismes de déformation associés.
- Modélisation du comportement mécanique des superalliages base Nickel par la méthode des éléments finis (MEF).

Principaux collaborateurs

Académiques

CIRIMAT Toulouse
LMPM ENSMA Poitiers
ONERA

Industriels

Turboméca

Thèses

- Benyoucef, M., Etude des mécanismes de déformation en fluage à 1050°C des superalliages MC2 et MCNG, Thèse d’état Faculté des sciences de Casablanca.

- Raujol S., Influence du vieillissement sur le comportement en fluage d’un superalliage pour disques de turbine, 2004, INSA de Toulouse.

- Massaoudi, M., Contribution à la modélisation du comportement mécanique des matériaux biphasés γ/γ’ 2002, Université Paul Sabatier Toulouse.

Articles Principaux

F. PETTINARI-STURMEL, S. RAUJOL, J. DOUIN AND A. COUJOU The role of the γ/γ’ interfaces in the creep behavior of the NR3 superalloy INSTN 3M (sous presse Materials Science & Engineering A)

DURAND, L., M.MASSAOUDI, M.CABIÉ, AND A. PONCHET, Mechanical behaviour of a two-phase material from the behaviour of its components: Interface modeling by finite element method, Materials and Design, 2008, 29, p.1609-1615

N. CLÉMENT, M. BENYOUCEF, M. LEGROS, P. CARON ET A. COUJOU "In situ Deformation at 850°C of Standard and rafted Microstructures of Nickel Base Superalloys", Materials Science Forum, 2006, Vol. 509 pp.57-72

MASSAOUDI, M. AND L. DURAND, Modelling by FEM the effect of the morphological modifications of the superalloys γ/γ’, Journal of the Mechanical Behavior of Materials, 2006. 17 (2): p.121-135.

F. PETTINARI-STURMEL, J. DOUIN, A. COUJOU, N. CLÉMENT Characterisation of short-range order using dislocations" Z. Metallkd., 2006, 97 3

RAUJOL S., M. BENYOUCEF, N. CLEMENT and A. COUJOU, Decorrelated movements of Shockley partial dislocations in the γ channels of Nickel- base superalloys at intermediate temperature. Phil. Mag., 2006, 86 (9), 1189 – 1200

S. RAUJOL, F. PETTINARI-STURMEL, J. DOUIN, N. CLÉMENT, A. COUJOU, D. LOCQ, P. CARON, A new TEM method for the characterization of the tertiary γ’ nano-precipitates in a PM disk superalloy. Influence of ageing Phil. Mag., 2006, 86, 4507 – 4518

DURAND, L., M. MASSAOUDI, AND B. LAVELLE, X-Rays diffraction study of elastic strains for modelling γ/γ’ .two-phase behavior. Materials & Design, 2005. 26(5) p. 402-409.

F. PETTINARI-STURMEL, A. COUJOU AND N. CLÉMENT The fluctuation of short range order evidenced by mobile dislocations in the ?-phase of a nickel-base superalloy Materials Science and Engineering A, 2005, 400-401 114-117

DURAND, L. AND M.MASSAOUDI, Recent developments on the finite element method used in the analysis of the behaviour of materials. Recent Res. Devel. Mat. Sci. Engg, 2004. 3: p. 21-38.

MASSAOUDI, M., L. DURAND, AND A. ALTIBELLI, Finite Elements Modelling of the γ/γ’ Two –Phase Viscoplastic Behaviou,. Journal of the Mechanical Behavior of Materials., 2004. 15(4-5): p. 254 - 277.

F. PETTINARI-STURMEL, G. SAADA, J. DOUIN, A. COUJOU, N. CLÉMENT. Quantitative analysis of dislocation pile ups in thin foils compared to bulk, Materials Science and Engineering A, 2004, 387 – 389, 109 – 114

Mots-clés :
superalliages, interfaces, propriétés mécaniques, dislocations, vieillissement, microstructure, précipitation, mécanismes de déformation