Identification des relations entre microstructure et propriétés de tolérance aux dommages d’alliage de titane de type αβ

Identification of Relationships Between Microstructure and Fatigue Crack Growth of αβ Titaniums Alloys

• Auteur / Autrice : Vincent Renon
• Direction : Gilbert Hénaff, Céline Larignon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 05/04/2019
• 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 : Laboratoire : Institut Pprime / PPRIME
• Jury : Président / Présidente : Catherine Mabru
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Dod, Yvon Millet, Simon Perusin, Patrick Villechaise
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Moukrane Dehmas, Marion Risbet-Voitot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristallographie

Déformations (mécanique)

Contraintes (mécanique)

Résistance des matériaux

Matériaux -- Fissuration

Essais (technologie)

Microstructure (physique)

Titane -- Alliages -- Fatigue

Mots clés libres

TA6V ELI

Résumé

Dans le cadre des réductions de masse nécessaires à la diminution de l’empreinte écologique des transports aériens, l’étude réalisée porte sur les interactions microstructures \ propriétés de tolérance aux dommages des alliages de titane de type αβ. En effet, une meilleure compréhension de ces relations permettrait de proposer des pistes d’amélioration des propriétés de résistance à la propagation de fissure par fatigue de ce type d’alliage via un contrôle des microstructures.Dans ce but, les travaux réalisés dans cette thèse se sont tout d’abord concentrés sur la génération de différentes microstructures lamellaires à partir d’une microstructure initiale bimodale. Les propriétés de tolérance aux dommages de ces différentes microstructures ont ensuite été comparées par des essais de fissuration, mettant en évidence une forte différence de propriétés entre les microstructures bimodales et lamellaires. Toutefois les paramètres caractéristiques d’une microstructure lamellaire ne semblent pas influencer ces propriétés. De plus, deux régimes de propagation ont été observés dans les microstructures lamellaires, séparés par une transition visible sur les courbes de vitesse de propagation de fissure en fonction de la variation du facteur d’intensité de contrainte. Il est notamment montré que la meilleure résistance des structures lamellaires peut être attribuée à une intensité plus élevée des effets de fermeture de fissure et aux déviations de fissures en lien avec un régime de propagation cristallographique, notamment dans le régime « basses vitesses ». Des travaux complémentaires ont par la suite visé à relier ce changement de régime de propagation aux mécanismes de déformation en pointe de fissure. Des essais in-situ sous MEB sur des micro-éprouvettes prélevées en pointe de fissure de macro-éprouvettes de fissuration ont notamment permis d’observer une différence de localisation de la plasticité avant et après transition, ce qui a amené à proposer un scénario expliquant ce changement de régime.

Weight reduction are required in order to reduce ecological footprint of aeronautic transports, therefore, the current study is about interactions between microstructures and damage tolerance properties of αβ titanium alloys. Thus, a better understanding of these relationships could allow to offer potential improvement solutions of fatigue crack propagation resistance properties of these alloys through microstructure control. In this purpose, this thesis studies focus on the generation of various lamellar microstructures from initial bimodal microstructures. Damage tolerance properties of these different microstructures have then been compared by crack propagation tests, highlighting strong properties differences between bimodal and lamellar microstructures. However, the characteristic parameters of lamellar microstructures do not seem to have any influences on these properties. Furthermore, two crack propagation regime have been identified in lamellar microstructures, separated by a visible transition on the crack propagation versus stress intensity factor curves. In particular it is shown that better resistance of lamellar microstructures can be attributed to higher closure effects and crack deflections linked to crystallographic propagation, especially in the “lowspeed” regime. Further studies then aimed to link that propagation regime change to deformation mechanism at crack tips. SEM in-situ testing on micro-sample collect at crack tips on crack propagation macro-sample allows observation of differences in plasticity localization before and after transitions, which bring to the suggestion of a scenario explaining this change in regime propagation.