Evaluation du systéme Nb-Ti-Al + Si : influence de la composition chimique et du dopage au silicium sur les transformations de phase

Evaluation of the Nb-Ti-Al + Si system : influence of the chemical composition et silicon doping ont the phase transformations

• Auteur / Autrice : Laurence Sikorav
• Direction : Zhao Huvelin, Philippe Vermaut, Anne Denquin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 15/12/2017
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (France). Département Matériaux et Structures (DMAS)
• Jury : Président / Présidente : Silvère Akamatsu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Couzinie, Yvon Millet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Hazotte, Florence Pettinari-Sturmel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages réfractaires

Thermodynamique

Mots clés libres

Système Nb-Ti-Al

Renforcement en température

O-Ti2AlNb

T-T-T

Simulation thermodynamiques

Nb-Ti-Al system

O-Ti2AlNb

High temperature reinforcement

Résumé

Les alliages intermétalliques réfractaires à base de niobium sont considérés comme ayant un bon potentiel pour les applications à haute température grâce à un bon compromis entre une bonne résistance à haute température et une bonne ductilité à température ambiante. En outre, cette famille d'alliages présente également un point de fusion élevé et une faible densité. De ce fait, ils sont de bons candidats pour les applications dans les aubes de turbine à basse pression pour une plage de température comprise entre 800 et 1000 ° C. Le but de cette étude est d'étudier les changements de composition chimique, en particulier la précipitation de phase O-Ti2AlNb et les effets d'addition de silicium sur les microstructures et les propriétés mécaniques à haute température. L’étude commence par une première prospective sur les alliages montrant le plus de potentiel pour les applications visées. Les alliages étudiés doivent présenter un bon équilibre entre ductilité induite par le titane qui empêche la précipitation de la phase d-Nb3Al fragile, et une quantité élevée de niobium pour maintenir de bonnes propriétés mécaniques à haute température. Les alliages étudiés sont dopés avec 1 %at Si pour améliorer la résistance aux températures élevées et maintenir une ductilité acceptable à température ambiante. Nous nous intéressons également à l’influence des teneurs en aluminium et silicium sur les transformations de phase. Le système est renforcé par mise en ordre A2 ? B2, par effet de solution solide ou par durcissement structural de la phase O-Ti2AlNb. La cinétique de précipitation de cette phase O-Ti2AlNb est dépendante de la composition chimique. En particulier l’ajout de silicium permet un élargissement du domaine de précipitation et accélère sa cinétique de précipitation.

Niobium based refractory intermetallic alloys are considered as having great potentials for high temperature applications based on a good balance of high temperature strength and low-temperature damage tolerance. Moreover this family of alloys also exhibits a high melting point and a low density; hence they are good candidates for low pressure turbine blade applications over the temperature range of 800–1000 °C. The aim of this study is to investigate the chemical composition changes, especially the O-Ti2AlNb phase precipitation and the silicon addition effects on the microstructures and high temperature mechanical properties. This study starts with a first prospective on the chemical compositions of alloys showing the highest potential for applications wanted. The studied alloys show a good balance between the ductility at room temperature induced by titanium which stopped the fragile intermetallic d-Nb3Al precipitation; and a high niobium content to maintain good high temperature mechanical properties. Two alloys are doped with 1 %at Si to improve high temperature strength and keep an acceptable ductility at room temperature. The result indicates on the more promising alloy chemical composition. We also investigate the influence of aluminum and silicon content on phase transformation. The system is reinforced by chemical ordering A2 ? B2, by solid solution or by precipitation hardening of O-Ti2AlNb. The kinetic of precipitation of this O-Ti2AlNb relied on the chemical composition. In particular, the addition of silicon enlarges the O-Ti2AlNb precipitation domain and accelerates the kinetic of precipitation.