Propagation des petites fissures de fatigue dans les zones de concentration de contraintes dans le superalliage n18

par FREDERIC SANSOZ

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de André Pineau.

Soutenue en 2000

à l'ENSM PARIS .

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  • Résumé

    L'alliage n18 est utilise pour la fabrication des disques de turbine des moteurs m88. Ce superalliage base ni, elabore par metallurgie des poudres (mdp), associe une bonne mise en uvre a des proprietes mecaniques statiques tres elevees au-dela de 650\c. La difficulte dans la maitrise des alliages obtenus par mdp, reside dans le controle du taux d'inclusions entrainees pendant l'elaboration. La presence, meme extremement faible, de ces defauts microstructuraux (<100 m) pourrait accidentellement entrainer l'amorcage de petites fissures de fatigue elliptiques, sous l'effet de concentrations de contraintes comme les entailles de fixation des aubes. Il est donc important de savoir si le comportement en propagation de ces petites fissures (0. 1 mm a 1 mm) peut etre decrit simplement, au fond d'une entaille, en utilisant les outils de la mecanique de la rupture classique, etablie sur des fissures longues ( 0. 5 mm). L'etude porte sur deux types de microstructure : l'une a grains fins (10-20 m) et l'autre a gros grains (50-60 m). Des eprouvettes entaillees symetriques contenant un tres petit defaut semi-circulaire realise par electro-erosion et situe au fond d'une des entailles ont ete specialement concues. Ces eprouvettes ont ete testees a haute temperature (450\c, 650\c et 730\c) en fatigue-fluage (cycles 10s-300s-10s) avec differents rapports de charge. Un dispositif optique de haute resolution a permis de mesurer, au fond de l'entaille, des avancees de fissure en surface de 10 m, des les premiers cycles, alors que la technique conventionnelle de suivi electrique reste inappropriee jusqu'a des tailles de fissure inferieures a 400 m. L'amplitude du facteur d'intensite des contraintes a ete calculee en prenant en compte la forme de la fissure, le gradient de contraintes lie a l'entaille et la plasticite cyclique liee au comportement viscoplastique de l'alliage. De plus, les effets 3d de fermeture d'une petite fissure semi-circulaire ont ete determines avec des calculs par elements finis et par analyse de la forme des fronts experimentaux. La prise en compte de cet effet est capable de diminuer significativement les differences de vitesses de propagation observees entre petites fissures et fissures longues.

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Informations

  • Détails : 290 p.
  • Annexes : 169 ref.

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