The Effect of Carbides on the Fatigue Properties Variability of Nickel-Based Superalloys for Discs - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2020

The Effect of Carbides on the Fatigue Properties Variability of Nickel-Based Superalloys for Discs

Impact des carbures sur la variabilité des propriétés en fatigue de superalliages pour disques

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Adèle Govaere
  • Function : Author

Abstract

Nowadays, original engine makers are challenged by the environmental requirements imposing drastic decrease of CO2 and NOx emissions. It leads to the development of γ/γ′ nickel-based superalloys to ensure good tensile and fatigue properties and a good oxidation behavior of turbine discs. AD730TM was elaborated for applications up to 700°C and the crack initiation and propagation mechanisms this alloy need to be investigated. Non-metallic inclusions are brittle elements that are sensitive to oxidation. They can act as stress concentration sites and can lead to crack initiation. Low cycle fatigue tests were performed at 450°C and 700°C to determine the tests conditions promoting a crack initiation from such inclusions. Fractographic analyzes revealed that inclusions lead to the specimen fracture when the environmental effects are limited and at high strain or stress ranges.In order to better understand the parameters promoting inclusions cracking, oxidation and in situ tensile tests in a SEM chamber were performed. They highlighted an important volume expansion and the cracking of niobium oxides. A stress threshold necessary to crack inclusions was also determined. To improve the fatigue tests understanding, crack propagation tests were carried out to estimate the crack initiation time according to the temperature and the stress range applied. This crack initiation time is shorter when the cracks initiate within inclusions.
Dans le contexte actuel, les enjeux environnementaux mettent au défi les motoristes en imposant une réduction importante des émissions de CO2 et de NOx. Ceci a entraîné le développement de superalliages base nickel γ/γ′ afin d'assurer de bonnes propriétés mécaniques en traction, en fatigue et en oxydation des disques de turbine. L’AD730TM a été élaboré pour des applications jusqu’à 700°C et les mécanismes d’amorçage et de propagation de fissures doivent être étudiées.Les inclusions non métalliques sont des éléments microstructuraux fragiles et sensibles à l’oxydation. Ils peuvent agir comme des sites de concentrations de contraintes importants et être à l’origine d’un amorçage de fissure. Des campagnes de fatigue oligocyclique menées à450°C et 700°C ont permis de déterminer les conditions d’essais favorisant un amorçage de fissure sur ces inclusions. Les faciès de rupture ont révélés que les inclusions sont à l’origine de la rupture des éprouvettes quand les effets de l’environnement sont limités et que le taux de déformation ou de contrainte appliqué est relativement élevé.Afin de mieux comprendre les paramètres favorisant la fissuration des inclusions, des essais d’oxydation statiques et des essais de traction in situ dans la chambre d’un MEB ont été réalisés. Ils ont notamment permis de mettre en évidence l’expansion volumique importante et la fissuration des oxydes de niobium ainsi que de déterminer un seuil de contrainte de fissuration des inclusions. Afin de compléter les essais de fatigue, des essais de fissuration ont été effectués pour estimer la durée passée en amorçage de fissure en fonction de la température et du taux de contrainte appliqué. Cette durée s’est révélée être courte lors d’un amorçage de fissure sur inclusions.
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Dates and versions

tel-03232119 , version 1 (21-05-2021)

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  • HAL Id : tel-03232119 , version 1

Cite

Adèle Govaere. Impact des carbures sur la variabilité des propriétés en fatigue de superalliages pour disques. Autre. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2020. Français. ⟨NNT : 2020ESMA0020⟩. ⟨tel-03232119⟩
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