Experimental study of the strain localisation in Alloy 718 at 650°C and its impact on the oxidation-assisted intergranular cracking
Étude de la localisation de la déformation à 650°C et de son impact sur la rupture intergranulaire assistée par oxydation : cas de l'Alliage 718
Résumé
Alloy 718 is a benchmark nickel-base superalloy, widely used in the manufacture of sometimes critical structural components, such as turbine disks in jet engines. This alloy is known to strongly localize deformation. This localization can be responsible for early damage in service. In the aeronautics sector, environmental constraints mean that service temperatures have to be increased. It is therefore essential to identify the role played by the microstructure-scale deformation landscape on oxidation-assisted or non-assisted damage at these temperatures. The primary objective of this thesis is to understand how microstructure and mechanical loading rates affect the deformation landscape at high temperatures. The second is to link this deformation landscape to the mechanical behavior and fracture characteristics observed in tensile tests at 650°C. The experimental work presented in this manuscript is based mainly on the high-resolution digital image correlation technique, which captures the local mechanical response of the microstructure over statistically representative regions of the microstructure; as opposed to more local micromechanical techniques. This work has shown that at 650°C in Alloy 718, deformation is distributed between grain boundaries and slip bands within the grains. This distribution depends on both mechanical stress and microstructure. A coarse grain size favors intragranular slip, while a finer microstructure favors localization of deformation at grain boundaries. Similarly, at low strain rates, localization at grain boundaries is favored, whereas at higher strain rates and when the Portevin-Le-Chatelier phenomenon occurs, intragranular slip is predominant. In tensile tests in air at 650°C, only localization at grain boundaries results in a significant reduction in ductility. However, more than the plastic activity of grain boundaries, it has been shown that it is the distribution of events and their interactions that are responsible for oxidation-assisted intergranular fracture and the associated loss of ductility. This micromechanical approach, combined with local material damage, provides an interesting new insight into the oxidation-mechanical coupling operating at the microstructural scale in this alloy.
L'Alliage 718 est un superalliage base nickel de référence, largement utilisé dans la fabrication de composants structurels, parfois critiques, tels que les disques de turbine des turboréacteurs. Cet alliage est connu pour fortement localiser la déformation. Cette localisation peut être responsable d'un endommagement précoce en service. Pour le secteur aéronautique, les contraintes écologiques imposent une augmentation des températures de service. Il est alors essentiel d'identifier le rôle que joue le paysage de déformation à l'échelle de la microstructure sur l'endommagement assisté ou non par l'oxydation à ces températures. L'objectif premier de cette thèse est de comprendre comment la microstructure et les vitesses de chargement mécanique affectent le paysage de déformation à haute température. Le second est de lier ce paysage de déformation au comportement mécanique et aux caractéristiques de rupture observées lors d'essais de tractions à 650°C. Les travaux expérimentaux présentés dans ce manuscrit reposent principalement sur la technique de corrélation d'images numériques haute résolution qui permet de capter la réponse mécanique locale de la microstructure sur des régions statistiquement représentatives de la microstructure ; en opposition à des techniques micromécaniques plus locales. Ces travaux ont permis de montrer qu'à 650°C dans l'Alliage 718, la déformation est répartie entre les joints de grains et des bandes de glissement à l'intérieur des grains. Cette répartition dépend à la fois de la sollicitation mécanique et de la microstructure. Une taille de grains grossière favorise le glissement intragranulaire alors qu'une microstructure plus fine favorise la localisation de la déformation aux joints de grains. De même, en traction à faible vitesse de déformation, la localisation aux joints de grains est privilégiée alors qu'à plus haute vitesse de déformation et lorsque le phénomène de Portevin-Le-Chatelier a lieu, le glissement intragranulaire est majoritaire. Lors d'essais de traction sous air à 650°C, seule la localisation aux joints de grains entraine un abattement conséquent de la ductilité. Cependant, plus que l'activité plastique des joints de grains, il est montré que c'est la répartition des événements et leurs interactions qui sont responsables de la rupture intergranulaire assistée par oxydation et la perte de ductilité associée. Cette approche micromécanique associée à l'endommagement local de la matière amène un regard nouveau et intéressant sur le couplage oxydation-mécanique opérant à l'échelle de la microstructure dans cet alliage.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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