Etude expérimentale et modélisaton de la micro-propagation à partir d'anomalies de surface dans l'Inconel 718DA

Experimental study and modeling of the micro-propagation from surface anomalies in DA Inconel 718

• Auteur / Autrice : Luc Doremus
• Direction : Yves Nadot, Gilbert Hénaff
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 24/03/2014
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Groupe Safran
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime / PPRIME
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bompard, Franck Gallerneau, Stéphane Pierret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Morel, Catherine Mabru

Mots clés

Mots clés contrôlés

Durée de vie (ingénierie)

Matériaux -- Fissuration

Contraintes (mécanique)

Résistance des matériaux

Métaux -- Rupture

Alliages -- Fatigue

Inconel

Alliages réfractaires

Aéronautique

Mots clés libres

Anomalies de surface

Inconel 718DA

Différence de potentiel

Moteurs

Surfaces anomalies

DA Inconel 718 alloy

Potential drop technique

Engines

Résumé

Les motoristes aéronautiques doivent répondre à de nouvelles demandes de certifications en tolérance aux dommages. Ils doivent en particulier démontrer que la présence de petites anomalies de surface, pouvant être introduites lors d’opérations de maintenance, ne mène pas à la rupture des pièces les plus critiques de leurs moteurs. Cette étude concerne la caractérisation de la nocivité d’anomalies de surface de type rayure et choc sur la tenue en fatigue du superalliage à base Nickel Inconel 718 sous sa version Direct Aged. Une campagne d’essais expérimentaux a permis d’évaluer l’influence de la contrainte maximale, de la température, du type et de la profondeur des anomalies de surface sur leur durée de vie en fatigue. Une étude expérimentale et numérique approfondie de la méthode de suivi de la différence de potentiel a conduit à une bonne maîtrise de cet outil de détection de l’amorçage et de suivi de la fissuration. Son utilisation a ainsi révélé que l’amorçage de fissure est très rapide à partir de rayures et de chocs mais que la vitesse de propagation dans les premiers stades de fissuration est ralentie. Des essais spécifiques ont alors été développés pour identifier la source physique des phénomènes observés. L’utilisation d’un traitement thermique a notamment permis de mettre en avant l’influence prédominante des contraintes résiduelles de compression générées lors de l’introduction des anomalies. Différentes méthodes expérimentales et numériques ont été testées pour les quantifier et des pistes de modélisations ont été mises en avant pour prédire de manière fiable la durée de vie en fatigue d’anomalies de surface de type rayure et choc.

Aircraft engine manufacturers have to meet with new certification requirements in damage tolerance. In particular they have to demonstrate that the presence of small surface anomalies introduced on engine parts during maintenance operations in critical areas do not lead to failure during service life. This study was undertaken to characterize the harmfulness of scratch and dent type surface anomalies on the fatigue life of the Nickel based superalloy Direct Aged Inconel 718.The influence of maximal stress, temperature, type and depth of surface anomalies was evaluated in a large series of experiments. An experimental and numerical in-depth study of the potential drop technique led to a good control of this tool and allowed to efficiently detect crack initiation and to measure the crack propagation. Indeed, the use of this technique has revealed that the crack initiation from scratches and dents is very rapid but that the first stages of crack growth are delayed.Specific tests were then performed to identify the physical origin of the observed phenomenon. A heat treatment was used to show that the compressive residual stresses created during the introduction process of surface anomalies have a great influence on the fatigue life. Different experimental and numerical techniques were used to quantify these residual stresses and some directions were identified to establish a new model able to predict the fatigue life of scratch and dent type surface anomalies.