Contrôle du maclage thermique et de la taille de grains par traitements thermomécaniques dans deux superalliages base de Ni

par Nadia Souai

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Nathalie Bozzolo et de Roland Logé.

Soutenue en 2011

à Paris, ENMP .

  • Titre traduit

    Annealing twinning and grain size control in nickel-base superalloy via thermomecanical processing


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l'évolution de la microstructure de superalliages à base de Nickel au cours de traitements thermomécaniques, avec une attention particulière portée sur la taille de grains et la quantité de macles thermiques. Ce travail a été réalisé dans l'optique d'évaluer la possibilité d'optimiser les propriétés de service par le principe de l'ingénierie de joints de grains. Les matériaux étudiés sont principalement l'alliage PER®72, et de manière exploratoire l'alliage N19. Ces deux matériaux appartiennent à la famille des superalliages à base de nickel à durcissement structural élaborés par voie conventionnelle (coulé et forgé) et par métallurgie des poudres respectivement. Deux modes de déformation, la torsion et la compression, ont été testés. Nous avons démontré que le maclage thermique est favorisé par les grandes vitesses de migration des joints de grains, essentiellement induites par (1) leur courbure qui diminue lorsque la taille de grains augmente et (2) les gradients de densité de dislocations produits par les faibles déformations appliquées à grande vitesse qui peuvent maintenir des vitesses de migration élevées même lorsque la taille de grains augmente. La force motrice associée à la courbure est en outre sensible à la distribution de taille de grains, qui s'est avéré être un paramètre microstructural important. La force motrice associée aux gradients de densité de dislocations peut par ailleurs permettre le franchissement des précipités primaires malgré la force de freinage de Zener qui s'exerce sur les joints de grains, ceci au cours de la déformation comme au cours d'un recuit subsolvus. L'occurrence ou la non-occurrence de la recristallisation dynamique au cours de la phase de déformation s'est ainsi avérée être une condition décisive pour l'évolution de la microstructure au cours d'un recuit ultérieur dans le domaine sub- ou super-solvus. Les conditions thermomécaniques de mise en forme permettent donc de moduler la taille de grains et la quantité de macles, même à l'issue d'un traitement supersolvus final.


  • Résumé

    This work has investigated the microstructure evolution of nickel-base superalloys during thermomechanical processing emphasis being placed on grain size and annealing twining. The aim is to assess the possibility of optimizing the properties of these materials through grain boundary engineering principle. We studied grades belonging to precipitation-hardened superalloys: the alloy PER®72 processed by ingot casting and, less thoroughly, the alloy N19 processed through powder metallurgy. Two deformation modes have been tested: torsion and compression. We pointed out that annealing twinning is promoted by high velocity grain boundary migration, which can be induced by (1) the grain boundary curvature that decreases when grain size increases (2) dislocation density gradients that are produced by low deformation steps applied at high strain rates and can sustain high velocity grain boundary migration even when grain size increases. The driving force related to curvature depends also on grain size distributions, which have been identified as an important microstructure parameter. When grain boundaries migrate as a result of the driving force related to dislocation density gradients they can pass the primary precipitates despite the zener drag these precipitates exert on grain boundaries in the two-phase microstructures: those that have not undergone any supersolvus heat treatment. The dynamic recrystallization occurrence or nonoccurrence during deformation steps has also an important impact on microstructure evolution during subsequent sub- or supersolvus heat treatments.

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  • Détails : 1 vol. (198 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 193-198

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  • Bibliothèque : Mines ParisTech. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 160.683 CCL TH 1318
  • Bibliothèque : Mines ParisTech. Bibliothèque.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 160.684 CCL TH 1318
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