Study of the behaviour at high temperatures of a TiAl alloy densified by spark plasma sintering
Etude du comportement à hautes températures d'un alliage TiAl performant densifié par frittage flash
Résumé
One of the major challenges of the aircraft industries is to develop more effective and lighter systems. This will fits, among others, in a process of reducing fuel consumption by airplanes. Titane aluminum based alloys present a remarkable creep resistance and a high level of resistance to oxidation and low density. These properties are conductive to industrial manufacturing parts, as low pressure turbine for aircraft engines and turbocharger wheels for automotive engines. IRIS alloy (Ti49.92-Al48-W2-B0.08) has been developed by a CEMES team in 2013 in order to meet these industrial expectations. It is processed by Spark Plasma Sintering, a powder metallurgy technique which allows a fast processing with parts near to the final dimensions and a precise control of the microstructure. First tensile and creep tests on IRIS show interesting results which lead us in this work to explore more mechanical properties at a considerable service temperature of 800°C, which is considered as the ultimate operating temperature of TiAl alloys. For this purpose, we explored a new chapter in IRIS' life: the low cycle fatigue behavior. These studies have been supplemented by tensile and creep tests at the same level of temperature. In order to understand and explain these mechanical behaviors, plasticity studies have been performed on each type of solicitation. Finally, we achieve a final study on aged microstructures, to complete our understanding of the impact of the temperature on the alloy.
L'un des enjeux principal de l'industrie aéronautique est de développer des systèmes plus performants et plus légers. Cette volonté s'inscrit, entre autres, dans une démarche de réduction du carburant consommé par les avions. Les alliages à base d'aluminures de titane (TiAl) présentent une résistance au fluage et à l'oxydation remarquables, ainsi qu'une masse volumique plus faible que les matériaux utilisés usuellement. Ces propriétés sont propices à la fabrication de pièces industrielles telles que des aubes de turbine à basses pression de moteurs d'avion et d'aubes de turbocompresseurs de moteurs automobiles. L'alliage IRIS (Ti49.92-Al48-W2-B0.08) a été développé par le CEMES en 2013 afin de répondre à ce type d'application industrielle. Le procédé d'élaboration (Spark Plasma Sintering), basé sur la métallurgie des poudres permet la fabrication rapide de pièces proches des cotes finales, et offre la possibilité de contrôler avec précision la microstructure. Compte tenu des propriétés intéressantes en traction et en fluage, nous avons décidé d'investiguer dans cette thèse les propriétés mécaniques de cet alliage à une température de service plus importante, soit 800°C, qui est considéré actuellement comme la température ultime à laquelle les alliages TiAl pourraient être utilisés industriellement. Pour cela nous avons abordé un nouveau volet dans l'histoire d'IRIS ; le comportement en fatigue oligocyclique. Ces essais ont été complétés par des investigations en fluage et en traction aux mêmes températures. Un autre volet de ce travail a consisté à identifier les mécanismes microscopiques de plasticité pour ces différentes sollicitations, afin d'interpréter les propriétés macroscopiques observées. Enfin, en raison du domaine de température particulièrement élevé, une caractérisation de la stabilité des microstructures lors de traitements de vieillissement a été entreprise.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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