Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales

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Lorsque la chimie locale permet de mieux comprendre le comportement des matériaux aéronautiques performants

Publié dans Material Science and Engineering A.

par PREVOTS Evelyne, PREVOTS Evelyne - publié le , mis à jour le

Les superalliages à base de nickel sont largement utilisés dans les moteurs d’avions et d’hélicoptères pour leurs exceptionnelles propriétés mécaniques pour des températures d’utilisation autour de 750°C. Pour répondre à un besoin de fonctionnement à toujours plus haute température, de nouveaux alliages sont élaborés. Leur utilisation impose une compréhension fine des mécanismes de déformation. Ceci est rendu possible grâce à des méthodes d’investigation dont dispose le CEMES.

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Fluage à 700°C/500MPa pour les trois traitements thermiques à 730°C, 760°C et 790°C (L. Thébaud, thèse ENSMA-PPrime, Poitiers). Profils de concentrations précipités/matrice et observation MET des mécanismes de déformation activés dans les échantillons vieillis à 760°C (a) et 790°C (b).

Ces superalliages contiennent majoritairement du nickel mais aussi une proportion très précise d’autres éléments comme le chrome, le cobalt ou le titane. Quand on analyse ces matériaux à l’échelle microscopique, on voit qu’ils sont constitués d’une matrice et de précipités durcissants. Les recherches menées jusqu’à présent ont permis de corréler les caractéristiques de ces précipités aux mécanismes de déformation à l’échelle microscopique et aux propriétés mécaniques. Cependant, les différentes espèces chimiques se répartissent entre les deux phases et cette répartition peut évoluer sous l’effet de la température, modifiant les caractéristiques mécaniques des superalliages. L’influence de la répartition des éléments chimiques à une échelle très petite, tout comme l’évolution de leur répartition lorsque l’alliage subit une sollicitation thermique et/ou mécanique, restent très peu étudiées, mais peuvent avoir des effets considérables.

 

Pour comprendre ces phénomènes, des expériences ont été réalisées sur le dernier superalliage AD730 élaboré par Aubert&Duval, en utilisant différents microscopes électroniques en transmission, en particulier pour expliquer les durées de vie totalement différentes qui résultent des différents traitements thermiques. Suite aux analyses de compositions chimiques locales des différentes phases (matrice et précipités), une évolution de composition chimique a pu être mise en évidence lorsque l’alliage est traité à 790°C. Cette évolution a été reliée aux paramètres physiques qui contrôlent les micromécanismes de déformation et a permis d’expliquer la baisse de durée de vie de l’alliage après le traitement thermique à cette température.

 

Ce travail prouve la nécessité de mener des analyses fines de chimie locale couplées à des identifications des micromécanismes de déformation pour améliorer la compréhension du comportement mécanique de ces matériaux performants.
Les travaux ont été réalisés dans le cadre de l’opération transverse INCA : INfluence de la stœchiométrie locale sur le Comportement mécanique d’Alliages métalliques

 

 

Références

Creep behavior in the new AD730TM nickel-based disk superalloy – Influence of aging heat treatment and local chemical fluctuations
F. Pettinari-Sturmel, W. Vultos, M. Hantcherli, B. Warot-Fonrose, C. Marcelot, Joël Douin, J. Cormier, P. Villechaise, A. Devaux
Materials Science and Engineering : A, Elsevier, 2019.
DOI : 10.1016/j.msea.2019.02.088.

 

 

Contacts

Dr. Florence PETTINARI, CEMES (CNRS)