Letteratura scientifica selezionata sul tema "Titane – Fissuration"

L'etude de l'influence de la microstructure et de la composition chimique sur la tenue en propagation est effectuee a 500\c sur les alliages de titane ti6246, ti6242 et imi834 sous deux nuances microstructurales. La prise en compte des parametres mecaniques (rapport de charge, frequence), de l'environnement (comparaison air/vide) et des effets couples oxydation-fermeture de fissure, montre dans tous les cas, une meilleure resistance de l'alliage imi834 presentant notamment une fraction volumique de phase elevee. Une modelisation de la propagation en fatigue-corrosion est proposee, en tenant compte des pressions partielles de vapeur d'eau et d'oxygene, de la frequence et de l'amplitude du facteur d'intensite de contrainte k. Le role moderateur de l'oxygene est considere par rapport a celui de la vapeur d'eau, montree comme l'element responsable de la baisse de resistance en comparaison du milieu inerte (vide). L'effet du niveau de k m a x sur la fissuration est etudie sur l'alliage ti6246 entre la temperature ambiante et 500\c. A l'ambiante, un mecanisme de type rupture differee, supposant faire intervenir une fragilisation du materiau par l'intervention de l'hydrogene interne, est mis en evidence et conduit a la disparition du seuil de propagation en fatigue pour k m a x voisin de 70% de la tenacite k i c. Une modelisation tenant compte des proprietes mecaniques de l'alliage est proposee pour traduire cet effet de non-seuil a l'ambiante, tant a l'air que sous vide. A 500\c, un processus de type fluage s'ajoute a celui de fatigue et conduit, comme a l'ambiante, a la disparition du seuil de propagation. Les effets couples en fatigue d'un niveau modere de k m a x (30% de k i c) et d'une atmosphere humide a la temperature de 500\c sont etudies sur le ti6246, et permettent de definir les conditions d'apparition d'un mecanisme de corrosion-sous-contrainte, se traduisant, la encore, par la disparition du seuil de propagation et par une forte acceleration des vitesses.

L'acier austénitique stabilisé au titane AISI 321 (z6 cnt 18-10) est utilisé pour sa tenue à la corrosion intergranulaire, associée à de bonnes caractéristiques mécaniques à chaud. Cependant, après fonctionnement à des températures supérieures à 450ʿ C, certaines liaisons soudées ont présenté des fissures intergranulaires dans la zone affectée thermiquement (ZAT). Différents travaux et expertises attribuent ces défauts à l'écrouissage des grains de la ZAT mais aussi à la précipitation en service de très fins carbures de titane. L'objet de ce travail de thèse est de mieux appréhender le mécanisme impliqué et d'aboutir à une modélisation permettant une approche quantitative du risque de fissuration dans une liaison soudée en acier 321. Pour cela, des ZAT sont simulées par différents traitements thermo-mécaniques en vue de s'affranchir du gradient de microstructure observe en ZAT réelle. Puis, on étudie l'influence des paramètres de la simulation (écrouissage, vieillissement) sur la cinétique de précipitation de ces carbures de titane, sur le comportement en traction et en fluage de cet acier, ainsi que sur sa sensibilité à la fissuration en relaxation. On montre que l'écrouissage est le paramètre prépondérant dans le mécanisme de fissuration mais que le vieillissement statique ne favorise pas l'amorçage du défaut bien qu'il provoque la précipitation des carbures de titane. Le rôle de cette précipitation est alors discute. Enfin, à partir de ZAT simulées sensibles à la fissuration en relaxation, un modèle d'endommagement de fluage est identifié par une approche locale de la rupture. Pour cela, des essais de fluage sont réalisés sur éprouvettes axisymétriques entaillées et les mesures de dommage obtenues sont associées aux champs mécaniques locaux calcules par éléments finis. On montre que le modèle ainsi identifié donne de bons résultats pour estimer l'amorçage du défaut en relaxation sur éprouvette CT, ainsi qu'en fluage sur un tube entaillé sollicité en torsion.

Cette étude, menée en collaboration avec Airbus, porte sur la modélisation du comportement mécanique en fissuration d'alliages aéronautiques incluant des alliages d'aluminium, de titane et un acier haute résistance. L'objectif est, à terme, de remplacer les essais expérimentaux, longs et coûteux nécessaires à la qualification d'un matériau dans le domaine aéronautique. Trois essais sont abordés dans cette étude : l'essai de ténacité, de courbe R et de propagation de fissure à fort DK. Une étude bibliographique a tout d'abord permis de choisir un modèle de référence pour ces travaux. Après avoir constaté la véracité des dires de Paul Valéry « Tout ce qui est simple est faux, tout ce qui n'est pas simple est inutilisable », le modèle de Lemaitre, couplé à un critère de rupture énergétique permettant de réduire la dépendance au maillage de la réponse numérique, est apparu comme le meilleur candidat. Ses avantages, incluant un cadre thermodynamique robuste, compensent son principal inconvénient qui est sa description basique de l'endommagement mise en défaut par des observations expérimentales. En effet celles-ci mettent en évidence que deux mécanismes de fissuration gouvernent la propagation de fissure à fort DK et/ou fort rapport R. C'est pourquoi deux variables d'endommagement ont été définies dans un modèle alternatif, proche du modèle de référence. Un tel modèle permet de conserver les qualités du modèle de Lemaitre sous chargement monotone tout en améliorant les simulations des essais de propagation de fissure à fort DK. De plus, l'un des points forts du modèle proposé est de permettre la modélisation sous certaines conditions des trois essais de qualification à partir de paramètre identifiés sur un seul essai de traction. Les simulations sous le logiciel de calcul par éléments finis Abaqus sont comparées aux essais afin de valider les améliorations apportées au modèle classique de Lemaitre. Les résultats, les avantages et les défauts sont explicités dans ce manuscrit.

Le titane entre comme element de base dans des alliages presentant une resistance mecanique specifique elevee notamment a haute temperature. Ces alliages sont tres utilises dans le domaine aeronautique, en particulier pour la fabrication de turbomachines. L'augmentation des temperatures de fonctionnement necessaires a l'accroissement des performances, necessite une caracterisation de ces alliages en fatigue afin de s'assurer de leur stabilite structurale en service. L'influence de la temperature, de l'ambiante a 500c, en fissuration par fatigue est etudiee sur plusieurs alliages de titane et en particulier sur un alliage de nouvelle generation. Il est montre que lorsque la temperature augmente, ces alliages, lorsqu'ils sont soumis a des sollicitations cycliques, presentent une degradation importante de leur resistance tout particulierement a 500c. Des essais de reference sous vide et sous environnements controles ont permis d'attribuer cet effet particulierement nefaste a l'action de la vapeur d'eau. Une modelisation de la propagation des fissures en fatigue a chaud et tenant compte de l'influence de l'environnement est proposee

Nous avons etudie le comportement en fatigue oligocyclique de trois structures forgees alpha-beta de ta6v (ti, 6al 4v) et d'une structure forgee beta de ti6246 (ti, 6al 2sn 4zr 6mo), sous air comme sous vide a l'ambiante, et sous air entre 20c et 500c. A 20c, nous avons realise des essais regulierement interrompus pour determiner le role des facteurs microstructuraux sur les cinetiques de croissance des microfissures naturellement initiees en surface d'eprouvettes lisses. Ces cinetiques ont ete comparees a celles des fissures longues, obtenues pour les memes microstructures, au sein du laboratoire. L'applicabilite du parametre delta k et son mode de calcul pour les fissures courtes tridimensionnelles (de vingt microns a un milimetre de longueur en surface) sont critiques, en particulier pour les essais sous vide. Les conditions d'amorcage des microfissures, suivant le niveau de contrainte, la temperature et l'environnement, ont ete etudiees par microscopie electronique a balayage. Dans le cas du ti 6246 forge beta, une etude des longueurs, largeurs, et orientations des plaquettes alpha ainsi que des textures locales favorables a l'amorcage a ete realisee par analyse d'images et e. B. S. P. (electron back scattering pattern). Ces resultats permettent de degager des regles pour le choix d'une structure resistante en fatigue oligocyclique

Les techniques de mesure de champs, et en particulier celles basées sur la Corrélation d'Images Numériques (CIN), sont matures et reconnues pour la détermination de déplacements d'objets quelconques, en deux ou trois dimensions. Ces travaux ont pour objet le développement d'essais et de techniques d'identification associées, en s'appuyant sur les méthodes de mesure par CIN, pour permettre l'évaluation des caractéristiques mécaniques d'un liner en titane T35, développé pour des applications spatiales. Des essais de traction uniaxiale sont tout d'abord utilisés pour déterminer le comportement élastoplastique du T35. Plusieurs méthodes d'identification sont comparées. En particulier, il est proposé d'étendre la corrélation d'image dite "intégrée" aux cas élastoplatiques. Cette méthode permet d'évaluer à la fois les déplacements du solide observé et les paramètres mécaniques des matériaux le constituant. Elle est comparée à une méthode de recalage de référence. L'étude se porte ensuite sur l'analyse de l'amorçage des fissures dans le liner. Les chargements cycliques du réservoir imposent à la tôle une déformation biaxiale cyclique en traction-compression de quelques pourcents, qui a été reproduite expérimentalement dans une machine multiaxiale. Cette partie a notamment nécessité le développement d'un essai triaxial à rapport de charge négatif sur tôle mince. Une estimation de la limite d'amorçage a été obtenue pour les niveaux de déformation visés. Enfin, la fissuration du liner a été étudiée par des techniques d'analyse dédiées. Certaines de ces techniques sont comparées quantitativement, afin d'étudier leurs capacités et limitations respectives. Des lois de propagation de type Paris ont été identifiées directement à partir d'images du voisinage de la fissure.

Cette étude porte sur les mécanismes gouvernant le comportement cyclique et la résistance à la fissuration d'un alliage Ti-Al48-Cr2-Nb2 élaboré par fonderie et par métallurgie des poudres. L'alliage issu de la fonderie présente une microstructure lamellaire alors que celui provenant de la métallurgie des poudres exhibe une microstructure à grains g équiaxes fins. Une caractérisation détaillée du comportement cyclique et des mécanismes de déformation associés montre qu'à température ambiante, le comportement cyclique est gouverné par le glissement de dislocations, la formation de la structure veine ou le maclage. De plus, les structures de déformation développées sont fonction de l'amplitude de déformation totale imposée. A cette température, une relation est établie entre une consolidation cyclique marquée et une déformation par maclage. A 750ʿC, la déformation cyclique est contrôlée par la montée de dislocations. Par ailleurs, l'étude du comportement en propagation révèle que la microstructure à grains g équiaxes fins présente la plus faible résistance à la fissuration. Cette différence de comportement entre les deux microstructures est analysée en terme de résistance intrinsèque, d'effets extrinsèques de fermeture de fissure et d'environnement
The present study investigates the deformation mechanisms controlling the cyclic-stress-strain (CSS) behaviour and the fatigue-crack-growth (FCG) behaviour of a Ti-Al48-Cr2-Nb2 produced by casting and by powder metallurgy. The resulting microstructure is a lamellar microstructure for the casting route, while a fine equiaxed g grain microstructure is achieved by the powder metallurgy route. A detailed investigation of the CSS and the associated deformation mechanisms shows that, at room temperature, the CSS behaviour is controlled by glide of dislocations, vein-like structure or extensive twinning. Moreover the deformation microstructure is related to total-strain-amplitude. A relation is established between a pronounced cyclic strain hardening and deformation twinning. At 750ʿC, dislocation climb is shown to control the cyclic deformation. Besides, the FCG behaviour reveals that the fine equiaxed g grain microstructure exhibits the lowest resistance. This disparity of behaviour is analyzed in term of intrinsic FCG resistance and extrinsic effects such as shielding by crack closure and environmental-crack tip embrittlement

Nous avons etudie le role des parametres microstructuraux dans les processus d'endommagement par fatigue de l'alliage betacez (ti-5al-2sn-4zr-4mo-2cr-1fe), alliage de titane riche en elements betagenes dont le forgeage en beta genere des structures lamellaires de type alpha (w + gb). Ce travail s'inscrit dans un objectif d'optimisation des microstructures vis a vis de la tenue en fatigue du betacez. Au cours de cette etude nous nous sommes interesses au domaine de la fatigue oligocyclique 10#2-10#5 cycles en explorant plus particulierement le domaine pseudo-elastique dans lequel le role de la microstructure sur la resistance a la fatigue est tres marque. Pour les fortes amplitudes de sollicitation (fatigue plastique), nous avons analyse l'evolution des parametres mecaniques cycliques (contraintes ou deformations plastiques) dans les differentes structures de betacez et leur relation avec la duree de vie entre 20c et 500c. Dans le domaine pseudo-elastique, un grand interet a ete porte aux conditions microstructurales gouvernant l'amorcage et la croissance des fissures en examinant egalement l'influence de la temperature (20c-300c) et de l'environnement (air-vide) sur la resistance a la fatigue. Une modelisation des cinetiques de croissance des petites fissures a ete proposee, en tenant compte des caracteristiques mecaniques et des dimensions des parametres microstructuraux des differents materiaux

La conception de moteurs aéronautiques plus performants soumet les alliages de titane constitutifs des mâts-réacteurs à des contraintes thermiques et mécaniques plus sévères. Ces matériaux doivent d’une part être qualifiés en termes de tolérance aux dommages. D’autre part, l’exposition prolongée de ces alliages de titane à des températures élevées en service pose la question de leur vieillissement métallurgique. Le dimensionnement et la maintenance de telles aérostructures doit ainsi prendre en compte l’ensemble de ces deux problématiques cruciales.Dans ces travaux, le comportement cyclique ainsi que la résistance à la fissuration par fatigue d’alliages de titane de différentes nuances (TA6V, Ti 6242 et Ti 17) et de différentes microstructures, ont été étudiés en fonction du degré de vieillissement. L’effet du vieillissement se traduit essentiellement par une augmentation des vitesses de propagation à forte valeur du facteur d’intensité de contrainte, à température ambiante. Dans un second temps, une démarche de caractérisation poussée de ce phénomène mettant en œuvre des sollicitations variées, à différentes échelles et associées à des analyses fractographiques a été appliquée. Ceci a permis de proposer un scénario d’endommagement avant et après vieillissement pour l’alliage le plus affecté par l’exposition en température, le Ti 17. Ce scénario montre après vieillissement l’apparition d’un mode d’endommagement « statique » en lien avec un processus de rupture puis décohésion intralamellaire, sans modification notable du comportement cyclique. Enfin, une approche d’équivalence temps-température est proposée pour décrire la cinétique de dégradation des propriétés mécaniques consécutive au vieillissement
The conception of more efficient aircraft engines induces increased stress and temperature levels on the titanium alloys constitutive of the engine pylon. On the one hand, these materials have to be qualified in terms of damage tolerance. On the other hand, the long term high temperature exposure of these titanium alloys gives also rise to the question of thermal aging and metallurgical stability. Hence, the dimensioning as well as the maintenance of such aerostructures need to be considered in the light of both these critical issues.In the present work, the cyclic behavior as well as the fatigue crack resistance of different titanium alloys (TA6V, Ti 6242 et Ti 17), with various microstructures were studied after different aging conditions. Aging induces mainly an increase in crack growth rates at high values of the stress intensity factor, at room temperature. Subsequently, a thorough characterization procedure of this phenomenon was undertaken,including various types of loadings, at different scales and associated with fractographic analyses. The results allowed to suggest a damage scenario before and after aging, in the case of the alloy most affected by aging: theTi 17 alloy. This scenario shows the occurrence of a « static » mode of failure, which is linked to a damage process associated with intralamellar fracture and decohesion, without noticeable changes in the cyclic behavior. Finally, a time-temperature equivalency approach was developed to describe the kinetics of degradation of the mechanical properties induced by aging