Sujets Clos
Impact du sur-vieillissement métallurgique sur le comportement et la durabilité du superalliage base nickel pour disque de turbine René 65
Thèse ENSMA de Aude Laurence soutenue le 24 juin 2016
Cette étude est focalisée sur la compréhension des liens entre les évolutions microstructurales suite à divers sur-vieillissements thermiques et les propriétés mécaniques résultantes du superalliage base nickel René 65.
Les principaux résultats de cette étude sont synthétisés selon deux axes:
– L’impact du sur-vieillissement thermique sur la microstructure de l’alliage René 65.
– L’impact des évolutions microstructurales suite au sur-vieillissement thermique sur ses propriétés mécaniques à 700°C.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Wessman A., Laurence A., Cormier J., Villechaise P., Billot T., Franchet J.M., « Thermal stability of cast and wrought alloy René 65 », Superalloys 2016 : 13th International Symposium on Superalloys (2016) p.793-800
Communications orales :
Laurence A., Villechaise P., Cormier J., Billot T., Franchet J.M., Pettinari-Sturmel F., Hantcherli M., Mompiou F., « Impact of µ phase precipitation on the creep and dwell fatigue properties of the new cast & wrought René 65 Ni-based superalloy », 13th International Conference on Creep and Fracture of Engineering Materials and Structures (“Creep 2015”), Toulouse, France, May 31 – June 4th
Prise en compte dans un formalisme level-set des prédictions intragranulaires en plasticité cristalline dans la cinétique de recristallisation
Post-doctorat de Dmitrii (Dima) ILIN, 2015 – 2016
Dans le cadre d’une approche dite immergée (contexte EF-LS), ce travail de postdoc (d’une durée de 12 mois) a été consacré à l’amélioration du formalisme champ complet existant concernant la modélisation de la recristallisation primaire. Typiquement, à l’heure actuelle, la force motrice est définie par les gradients d’énergies stockées lors de la déformation et repose sur une valeur hétérogène mais moyennée par grain de ces énergies stockées. Un des principaux objectifs du postdoc était de lever ce verrou numérique dans un cadre LS pour mieux prendre en compte la réalité des microstructures polycristallines déformées. Une des difficultés réside dans la conservation d’une résolution stabilisée convective et diffusive (pour la prise en compte de la force motrice capillaire) comme cela est préconisé pour la modélisation de la recristallisation et de la croissance de grains dans un cadre LS.
Articles relatifs à ce travail de post-doc :
Scholtes B., Ilin D., Settefrati A., Bozzolo N., Agnoli A., Bernacki M., « Full field modeling in a level set framework of Zener pinning phenomenon – discussion of classical limit mean grain size equation », Superalloys 2016 : 13th International Symposium on Superalloys (2016) p.497-503
Ilin D., Bozzolo N., Toulorge T., Bernacki M., « Full field modeling of recrystallization: effect of intragranular strain gradients on grain boundary shape and kinetics », Computational Materials Science, 150 (2018) p.149-161
Communications orales :
Ilin D., Scholtes B., Bozzolo N., Pino-Munoz D., Bernacki M., « Effect of intragranular strain heterogeneity on recrystallization kinetics assessed by numerical simulation at the mesoscopic scale », La Métallurgie : Quel avenir!, Saint Etienne, France, 27 Juin – 01 Juillet
Evolutions de microstructure au cours du forgeage de l’alliage René 65
Thèse MINES ParisTech de Marie Agathe Charpagne soutenue le 08 décembre 2016
Résumé de la thèse :
Les alliages à base Nickel polycristallins sont largement utilisés pour les pièces aéronautiques soumises à des sollicitations extrêmes en service (fatigue, fluage à haute température et en milieu corrosif et sous de hauts niveaux de contrainte). Des objectifs toujours plus ambitieux en termes de rendement énergétique des moteurs d’avions ont conduit les constructeurs à augmenter leur température de fonctionnement. Les nuances utilisées jusqu’alors dans les parties chaudes, tels que l’Inconel 718, n’ont pas une tenue mécanique suffisante à ces températures. Le René 65 est un nouvel alliage à microstructure γ-γ’ élaboré spécifiquement par General Electrics pour ces applications. Il a été retenu par Safran Aircraft Engines comme constituant des disques de turbine basse pression pour le nouveau turboréacteur LEAP. Pour garantir la bonne tenue mécanique des disques, une microstructure fine et homogène est requise. Le procédé de forgeage de ces pièces est une séquence complexe alternant des étapes de déformation à chaud et de traitements thermiques, durant lesquelles la microstructure évolue. Si les phénomènes physiques gouvernant les évolutions microstructurales sont connus, leurs mécanismes exacts et leurs cinétiques varient d’un alliage à l’autre. L’enjeu de ce travail est de déterminer le comportement microstructural de l’alliage René 65 lors d’opérations de forgeage à chaud en fonction des conditions thermomécaniques appliquées.
Pour ce faire, des essais de déformation à chaud ont été réalisés en laboratoire dans différentes conditions de température, vitesse et taux de déformation représentatives de procédés industriels. L’étude précise des mécanismes de recristallisation dynamique, ainsi que de leurs cinétiques, constitue la première partie de ce travail. La caractérisation fine des microstructures déformées a permis de mettre en évidence un nouveau mécanisme de recristallisation, qui se superpose aux autres mécanismes conventionnels. Dans ce mécanisme, dit de recristallisation en hétéroépitaxie, les germes résultent de la précipitation cohérente de phase γ au sein des précipités γ’ primaires et produisent un grain recristallisé par précipité primaire, englobant le précipité et de même orientation. Les mécanismes conventionnels sont la recristallisation dynamique discontinue en collier et la recristallisation dynamique continue favorisée aux plus basses températures. L’interaction entre ces différents mécanismes ainsi que leurs cinétiques relatives ont été établies dans une vaste gamme de conditions de déformation. Une attention particulière a également été accordée à l’évolution de la phase secondaire γ’ en régime dynamique. La deuxième partie de l’étude est consacrée à la stabilité des microstructures déformées lors de leur exposition à haute température. L’alliage René 65, comme d’autres alliages à base Nickel, est sensible à un phénomène indésirable dit de croissance de grains hétérogène, ou éclatement de grains selon la terminologie employée en milieu industriel. Les conditions de déclenchement de ce phénomène lors de traitements thermiques ont été déterminées, de manière à délimiter une fenêtre de forgeage critique. La dernière partie est consacrée à l’extension des conclusions académiques des deux premières parties. La caractérisation de disques forgés industriels confirme les mécanismes et domaines de déclenchement de la croissance hétérogène. Enfin, il est démontré que le mécanisme de recristallisation en hétéroépitaxie s’applique à d’autres alliages γ-γ’ à base Nickel ayant un faible écart de paramètre de maille lorsqu’ils sont soumis à un chemin thermomécanique adéquat.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Charpagne M.-A., Billot T., Franchet J.M., Bozzolo N., « Heteroepitaxial recrystallization : A new mechanism discovered in a polycrystalline γ-γ′ nickel based superalloy », Journal of Alloys and Compounds, 688 (2016) p.685-694
Charpagne M.-A., Vennéguès P., Billot T., Franchet J.M., Bozzolo N., « Evidence of multimicrometric coherent γ’ precipitates in a hot-forged γ-γ’ nickel-based superalloy », Journal of Microscopy, 263:1 (2016) p.106-112
Charpagne M.-A., Billot T., Franchet J.M., Bozzolo N., « Heteroepitaxial recrystallization observed in RENE65 and UDIMET 720: A new recrystallization mechanism possibly occurring in all low lattice mismatch γ-γ’ Nickel based superalloys? « , Superalloys 2016 : 13th International Symposium on Superalloys (2016) p.417-426
Charpagne M.-A., Billot T., Franchet J.M., Bozzolo N., « Heteroepitaxial recrystallization, a new recrystallization mechanism in sub-solvus forged γ-γ’ Nickel-based superalloys with low lattice mismatch », Recrystallization and Grain Growth VI, Proceedings (2016) p.259-264
Conférences invitées :
Charpagne M.-A., Billot T., Franchet J.M., Bozzolo N., « Heteroepitaxial recrystallization, a new recrystallization mechanism in sub-solvus forged γ-γ’ Nickel-based superalloys with low lattice mismatch », Recrystallization and Grain Growth VI, Pittsburgh, USA, 2016, July 17th-21th
Bozzolo N., Charpagne M.-A., « Coupling of Phase Transformation and Recrystallization in Superalloys », Gordon Research Conference on Physical Metallurgy, Biddeford, USA, 2015, July 19th-24th
Communications orales :
Charpagne M.-A., Billot T., Franchet J.M., Bozzolo N., « Recristallisation en hétéro-épitaxie dans les alliages à base nickel γ/γ’ à faible écart de paramètre de maille : mécanisme et cinétiques », La Métallurgie : Quel avenir!, Saint Etienne, France, 27 Juin – 01 Juillet
Charpagne M.-A., Bozzolo N., « Coupling of precipitation and recrystallization phenomena in a γ-γ’ Ni base superalloy », International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials (PTM 2015), Whistler, British Columbia, Canada, June 28th – July 3rd
Posters :
Langlois C., Charpagne M.-A., Vernier S., Dubail S., Douillard T., Bozzolo N., « Ni-based superalloy: crystalline orientation mapping and γ-γ’ phases discrimination with the iCHORD method », 16th European Microscopy Congress, Lyon, France, 28 Aoüt – 02 Sept. 2016
Evolution de microstructure au cours des opérations de forgeage de l’alliage AD730
Thèse MINES ParisTech de Suzanne VERNIER soutenue le 17 décembre 2018
Recristallisation statique d’un grain restauré hérité de l’étape de conversion du lingot en billette – Superalliage base nickel AD730TM.
Résumé de la thèse :
Du fait de leurs très bonnes propriétés mécaniques jusqu’à des températures approchant les 700°C, les superalliages base nickel polycristallins sont utilisés pour la fabrication de disques de turbine (ou compresseur) de moteur d’avion. La voie conventionnelle pour l’élaboration et la mise en forme de ces alliages est la voie dite «coulé-forgé». Ainsi, une première série de forgeages, appelée conversion, est appliquée au lingot coulé afin d’homogénéiser la microstructure. Elle aboutit à un demi produit appelé billette qui est ensuite forgée/matricée à son tour pour obtenir l’ébauche de la pièce finale. Pour les superalliages γ-γʹ avec de hautes teneurs en éléments d’alliage il est courant que l’étape de conversion ne soit pas suffisamment efficace pour complètement homogénéiser la microstructure. C’est le cas pour l’alliage AD730TM récemment mis au point par la société Aubert&Duval, dont les billettes présentent des zones de grains équiaxes recristallisés et des plages restaurées caractéristiques. L’objectif de cette thèse est de comprendre comment les hétérogénéités de microstructure peuvent se résorber pendant les dernières étapes de forgeage menant à la pièce finale. Après avoir caractérisé les hétérogénéités de microstructure présentes dans les billettes d’alliage AD730TM, des essais thermomécaniques simulant un procédé de forgeage ont été appliqués à la billette afin de suivre l’évolution des différentes microstructures locales. Les mécanismes d’évolutions statiques (avant déformation), dynamiques (pendant déformation) et post-dynamiques (après déformation) des zones équiaxes et des plages restaurées ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage, EDS et EBSD. Une attention toute particulière est portée à l’influence des précipités γʹ sur ces évolutions. Notamment, une interaction front de recristallisation-précipités jusque-là très peu reportée dans la littérature et générant des précipités en quasi relation de macle ou de quasi même orientation que la matrice a été étudiée en détail.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Vernier S., Franchet J.M., Dumont C., Bozzolo N., « A mechanism leading to γ’ precipitates with {111} facets and unusual orientation relationships to the matrix in γ/γ’ nickel-based superalloys « , Metallurgical and Materials Transactions A, 49A (2018) p.4308-4323
Vernier S., Franchet J.M., Dumont C., Vennéguès P., Bozzolo N., « γ′ precipitates with a twin orientation relationship to their hosting grain in a γ-γ′ nickel-based superalloy », Scripta Materialia, 153 (2018) p.10-13
Vernier S., Franchet J.M., Lesne M., Douillard T., Silvent J., Langlois C., Bozzolo N., « iCHORD-SI combination as an alternative to EDS-EBSD coupling for the characterization of γ-γ’ Nickel-base superalloy microstructures », Materials Characterization, 142 (2018) p.492-503
Communications orales :
Vernier S., Franchet J.M., Dumont C., Bozzolo N., « A mechanism leading to γ’ precipitates with {111} facets and unusual orientation relationship to the matrix in γ/γ’ nickel-based superalloys », Eurosuperalloys 2018, Oxford, UK, 2018 September 09th-13th
Vernier S., Franchet J.M., Rouffié A.L., Dumont C., Bozzolo N., « Evolution des plages non recristallisées des billettes de superalliage base Nickel AD730 pendant une séquence de forgeage industriel », Journées annuelles de la SF2M, Lyon, France, 2017 October 23th-25th
Bozzolo N., Vernier S., Seret A., Charpagne M.-A., Moussa C., Langlois C., « Orientation mapping, an unavoidable tool for studying recrystallization phenomena », XVI International Conference on Electron Microscopy, Jachranka, Poland, 2017 September 10th-13th
Posters :
Langlois C., Charpagne M.-A., Vernier S., Dubail S., Douillard T., Bozzolo N., « Ni-based superalloy: crystalline orientation mapping and γ-γ’ phases discrimination with the iCHORD method », 16th European Microscopy Congress, Lyon, France, 28 Aoüt – 02 Sept. 2016
Vernier S., Franchet J.M., Rouffié A.L., Dumont C., Bozzolo N., « Analyse quantitative des hétérogénéités de microstructure dans des billettes de superalliage base nickel AD730 », La Métallurgie : Quel avenir!, Saint Etienne, France, 27 Juin – 01 Juillet
Analyses chimiques à fine échelle par sonde atomique
Shyam Katnagallu, post-doctorat OPALE, Institut Max-Planck, 2018 – 2019
Les études menées dans le cadre de la chaire Opale ont soulevées un certain nombre de questions qui nécessitent de réaliser des mesures de composition chimique à très fine échelle. Les partenaires de la chaire se sont associés à l’équipe de Baptiste Gault et Paraskevas Kontis à l’Institut Max Planck für Eisenforschung (Düsseldorf) pour réaliser ces mesures. Ces travaux ont été menés à Düsseldorf par Shyam Katnagallu sous la forme d’un post-doctorat basé, réaliséen étroite collaboration avec les chercheurs de la chaire.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Rédaction en cours
Communications orales :
Durand M., Cormier J., Villechaise P., Katnagallu S., Kontis P., Gault B., Franchet J.M., Dumont C., Bozzolo N., « Metallurgical mechanisms occurring in the AD730TM superalloy during stress relaxation annealing », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Durand M., Cormier J., Villechaise P., Katnagallu S., Kontis P., Gault B., Franchet J.M., Dumont C., Bozzolo N., « Analysis of metallurgical mechanisms occurring in superalloy AD730TM during stress relaxation annealing », La Métallurgie : Quel avenir!, Nancy, France, 2019 April 08th-12th
Posters :
Durand M., Bozzolo N., Cormier J., Villechaise P., Franchet J.M., Dumont C., Kontis P., Katnagallu S., « Metallurgical mechanisms occurring in the AD730 superalloy during stress relaxation annealing treatment », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Katnagallu S., Vernier S., Cormier J., Bozzolo N., Gault B., Raabe D., Kontis P., « Understanding the heteroepitaxial recrystallization in a polycrystalline superalloy during thermomechanical processing », Euromat 2019, Stockholm, Sweden, 2019 September 01st-05th
Influence de la mise en forme sur les cinétiques de précipitation durcissante dans les superalliages base nickel Inconel625 et AD730
Thèse MINES ParisTech de Anthony SERET soutenue le 14 octobre 2019
Précipités gamma’ secondaires dans l’alliage AD730.
Résumé de la thèse :
Les superalliages base nickel possèdent d’exceptionelles propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion à haute température. Ces propriétés mécaniques proviennent en partie de la précipitation durcissante des phases Ni3Nb γ » ou Ni3(Al,Ti) γ’. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre comment les opérations de mise en forme de pièces industrielles peuvent influencer cette précipitation. Deux superalliages ont été étudiés dans cette thèse : Inconel® 625 mis en forme par déformation à température ambiante et renforcé par la phase γ », et AD730™ mis en forme par forgeage à chaud et renforcé par la phase γ’. Des traitements thermiques, essais mécaniques et thermomécaniques ont été réalisés afin d’une part de reproduire les niveaux de déformation plastique et/ou la structure de grains obtenus à la fin d’étapes de mise en forme industrielle, et d’autre part de déclencher la précipitation ou d’induire l’évolution des précipités existants. Les microstructures ont ensuite été caractérisées quantitativement par microscopie à balayage au regard de la structure de grains, l’organisation des dislocations et d’état de précipitation.
Dans l’alliage Inconel® 625, la précipitation γ » lors d’un traitement thermique à 650 °C n’est pas influencée par une déformation préalable appliquée, validant la pertinence de la température de 650 °C pour procurer un durcissement homogène aux pièces industrielles. Dans l’alliage AD730™, la germination de précipités γ’ lors d’un refroidissement après compression à chaud a lieu plus tôt dans les grains non recristallisés que dans les grains recristallisés, par relaxation élastique à la germination. De manière concomittante, le front de recristallisation dissous ces précipités γ’ présents dans les grains non recristallisés pour éviter toute interface γ/γ’ incohérente. Des précipités g’ reprécipitent ensuite dans le front de recristallisation avec une interface γ/γ’ cohérente dans les grains recristallisés, et peuvent par la suite se subdiviser pour diminuer l’énergie élastique globale. Cette thèse comprend le développement d’outils spécifiques : réduction du bruit de mesure de cartographies EBSD pour une estimation plus précise des densités de dislocations géométriquement nécessaires, analyse d’image et modèle de précipitation.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « A mean field model of agglomeration as an extension to existing precipitation models », Acta Materialia, 192 (2020) p.40-51
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Signorelli J., Bozzolo N., « Estimation of geometrically necessary dislocation density from filtered EBSD data by a local linear adaptation of smoothing splines (LLASS) », Journal of Applied Crystallography, 52 (2019) p.548-563
Nicolay A., Franchet J.M., Cormier J., Mansour H., De Graef M., Seret A., Bozzolo N., « Discrimination of dynamically and post-dynamically recrystallized grains based on EBSD data: application to Inconel 718 », Journal of Microscopy, 273:Issue 2 (2019) p.135-147
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « On the coupling between recrystallization and precipitation following hot deformation in a γ- γ’ Nickel-Based superalloy », Metallurgical and Materials Transactions A, 49A (2018) p.4199-4213
Communications orales :
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « Precipitation concomitant to post-dynamic recrystallization in the AD730™ nickel base superalloy », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Seret A., Nicolay A., Franchet J.M., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « Smoothing of EBSD datasets to quantify the geometrically necessary dislocation density: application to the discrimination of dynamically vs. post-dynamically recrystallized grains in forged nickel-based superalloys. « , La Métallurgie : Quel avenir!, Nancy, France, 2019 April 08th-12th
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « Coupling of recrystallization and γ′ precipitation during cooling after supersolvus compression of AD730™ », Eurosuperalloys 2018, Oxford, UK, 2018 September 09th-13th
Bozzolo N., Vernier S., Seret A., Charpagne M.-A., Moussa C., Langlois C., « Orientation mapping, an unavoidable tool for studying recrystallization phenomena », XVI International Conference on Electron Microscopy, Jachranka, Poland, 2017 September 10th-13th
Posters :
Nicolay A., Seret A., Cormier J., Franchet J.M., Bozzolo N., « Experimental assessment of dynamic and post-dynamic recrystallization kinetics of Inconel 718 », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Cormier J., Bozzolo N., « Influence of the dislocation density on hardening precipitation in Inconel© 625 », Journées annuelles de la SF2M, Lyon, France, 2017 October 23th-25th
Seret A., Moussa C., Bozzolo N., Bernacki M., « Quantification de la densité de dislocations dans les superalliages base nickel », La Métallurgie : Quel avenir!, Saint Etienne, France, 27 Juin – 01 Juillet
Microstructure et propriétés des superalliages base nickel forgés en presse à vis
Thèse MINES ParisTech de Alexis NICOLAY soutenue le 21 novembre 2019
Résumé de la thèse :
En raison de leurs bonnes propriétés à haute température, les superalliages base nickel polycristallins sont largement employés pour la fabrication des disques de turbine des moteurs d’avion. Parmi eux, l’Inconel 718 est actuellement le plus employé pour les disques des moteurs civils. De telles pièces sont obtenues par forgeage à chaud. Les évolutions microstructurales se produisant au cours de ce procédé sont très sensibles aux conditions de forgeage (température, vitesse et niveau de déformation). Puisque microstructure et propriétés mécaniques sont directement liées, il est de la plus grande importance d’établir l’influence des conditions de forgeage sur les évolutions de microstructure. Cela permet de pouvoir maitriser la microstructure finale des pièces, et donc, leurs propriétés mécaniques. Ces travaux s’intéressent au forgeage en presse à vis de l’Inconel 718, procédé qui est caractérisé par des vitesses de déformation relativement élevées (1s-1 à 100s-1). Ils visent notamment à étudier ce mode de forgeage au regard de celui plus conventionnel réalisé à des vitesses relativement plus faibles (0,001s-1 à 0,1s-1), pour lequel les mécanismes et les cinétiques des évolutions microstructurales sont relativement bien connues, et les propriétés mécaniques contrôlées. L’objectif de ces travaux de thèse est d’établir les liens qui existent entre le mode de forgeage (i.e. la vitesse de déformation), les microstructures résultantes, et les propriétés mécaniques qu’elles impliquent. Des essais de compression à chaud simulant les opérations de forgeage ont été mis en oeuvre. La caractérisation fine des microstructures produites lors de ces essais a permis d’établir l’influence de la vitesse de déformation sur les évolutions de microstructure. En particulier, des cinétiques de recristallisation différentes de celles rapportées dans la littérature sont obtenues. Les propriétés en traction et en fluage ont été évaluées sur des éprouvettes prélevées dans des pièces industrielles forgées. L’analyse fine des microstructures dans les têtes a permis d’établir les relations entre les caractéristiques microstructurales et les propriétés mécaniques, puis, de faire le lien avec le mode de forgeage.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Nicolay A., Fiorucci G., Franchet J.M., Cormier J., Bozzolo N., « Influence of strain rate on subsolvus dynamic and post-dynamic recrystallization kinetics of Inconel 718 », Acta Materialia, 174 (2019) p.406-417
Nicolay A., Franchet J.M., Cormier J., Mansour H., De Graef M., Seret A., Bozzolo N., « Discrimination of dynamically and post-dynamically recrystallized grains based on EBSD data: application to Inconel 718 », Journal of Microscopy, 273:Issue 2 (2019) p.135-147
Communications orales :
Nicolay A., Franchet J.M., Cormier J., Bozzolo N., « Influence of strain rate on dynamic and post-dynamic recrystallization of Inconel 718 », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Seret A., Nicolay A., Franchet J.M., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « Smoothing of EBSD datasets to quantify the geometrically necessary dislocation density: application to the discrimination of dynamically vs. post-dynamically recrystallized grains in forged nickel-based superalloys. « , La Métallurgie : Quel avenir!, Nancy, France, 2019 April 08th-12th
Nicolay A., Fiorucci G., Franchet J.M., Cormier J., Bozzolo N., « Strain rate influence on dynamic recrystallization kinetics of Inconel 718 », REX&GG 2019 – 7th international conference on recrystallization and grain growth, Ghent, Belgium, 2019 August 04th-09th
Nicolay A., Bozzolo N., Cormier J., Franchet J.M., « Strain rate influence on Dynamic and Post-Dynamic Recrystallization kinetics », Colloque ED SFA 2018
Posters :
Nicolay A., Seret A., Cormier J., Franchet J.M., Bozzolo N., « Experimental assessment of dynamic and post-dynamic recrystallization kinetics of Inconel 718 », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Mansour H., Trimby P., Nicolay A., Bozzolo N., « Recent developments in high speed, high angular resolution EBSD and implications for characterising the processes of grain growth and recrystallization », REX&GG 2019 – 7th international conference on recrystallization and grain growth, Ghent, Belgium, 2019 August 04th-09th
Nicolay A., Franchet J.M., Cormier J., Bozzolo N., « Experimental assessment of dynamic and post-dynamic recrystallization kinetics of Inconel 718 deformed in the δ subsolvus domain », Eurosuperalloys 2018, Oxford, UK, 2018 September 09th-13th
Nicolay A., Franchet J.M., Cormier J., Bozzolo N., « Détermination de la cinétique de recristallisation post-dynamique de l’Inconel 718 forgé dans le domaine sub-solvus δ », Journées annuelles de la SF2M, Lyon, France, 2017 October 23th-25th
Towards the full field modeling and simulation of annealing twins using a Finite Element Level Set method – applications to nivkel based superalloys
Thèse MINES ParisTech de Julien Fausty soutenue le 23 janvier 2020
L’évolution considérable des moyens de calcul, des méthodes numériques et des techniques expérimentales permet aujourd’hui d’avoir accès à l’information locale au cœur de la matière et de la modéliser. De nouvelles stratégies de modélisation commencent donc à apparaître ou la physique considérée dans les simulations à l’échelle macroscopique se nourrit de simulations réalisées à l’échelle de la microstructure. Cette thématique en pleine expansion sera bientôt indispensable pour l’élaboration et la mise en forme des matériaux du futur. C’est dans cette thématique du ”Matériau Numérique” que s’inscrit ce sujet de thèse.
Les macles sont des éléments microstructuraux présents dans les superalliages base nickel et interviennent à la fois dans les mécanismes métallurgiques d’évolution microtructurale en mise en forme et dans le comportement du matériau en service. Il est donc essentiel de les prendre en considération dans les simulations numériques.
Ce travail de thèse se concentrera sur l’amélioration d’un formalisme de type level-set développé pour la modélisation en champ complet de la recristallisation et de la croissance de grains, pour permettre la prise en compte des macles.
Articles (5) relatifs à ce travail de thèse :
Fausty J., Bozzolo N., Bernacki M., « A 2D Level-Set Finite Element grain coarsening study with heterogeneous grain boundary energies », Applied Mathematical Modelling, 78 (2020) p.505-518
Furstoss J., Bernacki M., Petit C., Fausty J., Pino Muñoz D., Ganino C., « Full field and mean field modeling of grain growth in a multiphase material under dry conditions : application to peridotites », Journal of Geophysical Research: Solid Earth (2020) p.e53942
Fausty J., Murgas Portilla B., Florez S., Bozzolo N., Bernacki M., « A new level set-finite element formulation for anisotropic grain boundary migration », Applied Mathematical Modelling (2020) submitted
Fausty J., Bozzolo N., Pino Muñoz D., Bernacki M., « A novel level-set finite element formulation for grain growth with heterogeneous grain boundary energies », Materials and Design, 160 (2018) p.578-590
Maire L., Fausty J., Bernacki M., Bozzolo N., De Micheli P., Moussa C., « A new topological approach for the mean field modeling of dynamic recrystallization », Materials and Design, 146 (2018) p.194-207
Communications orales (9)
Fausty J., Bozzolo N., Bernacki M., « Anisotropic grain boundary energies and their effects on simulations of grain growth in polycrystals », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th Prix de la meilleure communication orale
Bernacki M., Bozzolo N., Franchet J.M., Flipon B., Fausty J., Alvarado K., Blaizot J., Dumont C., « Full field modeling of recrystallization in polycrystalline nickel base superalloys », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Maire L., Fausty J., Bernacki M., Bozzolo N., De Micheli P., Moussa C., « A new topological model for the prediction of dynamic recrystallization », ECCM 2018, 6th European Conference on Computational Mechanics (Solids, Structures and Coupled Problems), Glasgow, UK, 2018 June 11th-15th
Fausty J., Bozzolo N., Pino Muñoz D., Bernacki M., « A new LS-FE formulation for anisotropic grain growth », ECCM 2018, 6th European Conference on Computational Mechanics (Solids, Structures and Coupled Problems), Glasgow, UK, 2018 June 11th-15th
Bernacki M., Maire L., Fausty J., Bozzolo N., Moussa C., Pino Muñoz D., Toulorge T., De Micheli P., Poitrault I., Besnard R., Franchet J.M., Dumont C., « Towards the full modeling of microstructure evolutions during metal forming industrial processes », Matériaux 2018, Strasbourg, France, 2018 November 19th-23th
Fausty J., Bozzolo N., Pino Muñoz D., Franchet J.M., Bernacki M., « A new level set – finite element formulation for anisotropic grain growth », Matériaux 2018, Strasbourg, France, 2018 November 19th-23th
Maire L., Fausty J., Bozzolo N., Bernacki M., Pino Muñoz D., Moussa C., « Mean field and full field simulations of dynamic recrystallization of austenitic 304L steel », Matériaux 2018, Strasbourg, France, 2018 November 19th-23th
Bernacki M., Maire L., Fausty J., Bozzolo N., Pino Muñoz D., Moussa C., Toulorge T., « A 3D numerical framework for the full field modeling of recrystallization », THERMEC’2018, Paris, France, 2018 July 08th-13th
Pino Muñoz D., Bernacki M., Bozzolo N., Toulorge T., Moussa C., Maire L., Fausty J., « Recent advances in the full field modeling of recrystallization and grain growth using the Level Set approach », 14th US National Congress on Computational Mechanics, Montréal, 2017 July 17th-20th
Posters (4)
Fausty J., Bernacki M., Bozzolo N., « About thermal twinning in nickel based superalloys », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Fausty J., Bernacki M., Bozzolo N., « About thermal twinning in nickel based superalloys. », Eurosuperalloys 2018, Oxford, UK, 2018 September 09th-13th
Bernacki M., Jin Y., Bozzolo N., Fausty J., « Modeling Anisotropic Grain Growth in Nickel Superalloys », Euromat 2017, Thessaloniki, Greece, 2017 September 17th-22th
Fausty J., Bozzolo N., Jin Y., Bernacki M., « Simulation élément finis de la croissance de grains anisotrope dans les métaux », Journées annuelles de la SF2M, Lyon, France, 2017 October 23th-25th
Influence des grains recristallisés en hétéroépitaxie sur la tenue en service des superalliages γ-γ’
Arantxa Vilalta Clemente, post-doctorat OPALE, Institut P’, 2018 – 2020
Un nouveau mécanisme de recristallisation siégeant dans les superalliages γ-γ’ a été récemment découvert (thèse M.-A. Charpagne soutenue au CEMEF en décembre 2016). Des germes de grains recristallisés se forment par précipitation cohérente de phase γ sur le pourtour des précipités γ’ primaires lors d’une étape de refroidissement. Ils grossissent ensuite au cours de la déformation à chaud et en régime post-dynamique de manière conventionnelle, c’est-à-dire sous l’effet d’une différence d’énergie stockée avec le voisinage. Un grain unique naît de chaque précipité primaire et présente la même orientation cristallographique que le précipité. Le terme de recristallisation en hétéroépitaxie a donc été proposé pour désigner ce mécanisme. Initialement mis en évidence dans l’alliage René65, le mécanisme a pu être déclenché dans d’autres superalliages γ-γ’ à faible écart de paramètre de maille présentant un comportement thermochimique adéquat. A l’heure actuelle, l’effet de ces grains particuliers sur le comportement en service demeure totalement inconnu. Cette question est au cœur de ce travail de post-doctorat, s’appuyant sur des essais mécaniques et des analyses microstructurales fines permettant d’identifier les processus de déformation et les premiers stades d’endommagement qui seraient associés à ces grains spécifiques.
Communications orales (2)
Vilalta Clemente A., Cormier J., Villechaise P., « In situ microscopy testing of plasticity in Ni-base superalloy Rene65 », Euromat 2019, Stockholm, Sweden, 2019 September 01st-05th
Vilalta Clemente A., Cormier J., Villechaise P., « Slip-system and EBSD analysis on tensile deformed polycrystalline 𝛾-𝛾’ nickel-based superalloy », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Analyse quantitative de l’énergie stockée en fonction des conditions de forgeage et impact sur les évolutions de microstructure au cours du traitement de mise en solution.
Travaux post-doctoraux d’Anthony SERET 2018-2019
La présence d’énergie stockée dans les microstructures forgées peut mener à la croissance exagérée de certains grains. Un tel phénomène est rédhibitoire pour certaines pièces requérant une microstructure fine et homogène. Les zones mortes, qui cumulent de l’énergie stockée, sans que le niveau en soit suffisant pour déclencher la recristallisation dynamique, sont a priori les plus prônes à l’apparition du phénomène. Plusieurs études en lien avec ce sujet ont été menées au CEMEF ces dernières années, notamment dans le cadre des travaux de thèse d’Andrea Agnoli (2013) et de Marie-Agathe Charpagne (2016).
Selon l’état actuel des connaissances, ce phénomène s’apparente à un simple cas de recristallisation statique, mais critique au sens où seulement quelques germes sont en mesure de se former et se développer. Maîtriser ce phénomène suppose d’être en mesure de quantifier l’énergie stockée en fonction des conditions de déformation.
Ce travail de post-doctorat met à profit une méthode d’analyse de cartographies EBSD développée dans la thèse OPALE d’Anthony Seret.
Articles d’Anthony Seret (4)
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « A mean field model of agglomeration as an extension to existing precipitation models », Acta Materialia, 192 (2020) p.40-51
Nicolay A., Franchet J.M., Cormier J., Mansour H., De Graef M., Seret A., Bozzolo N., « Discrimination of dynamically and post-dynamically recrystallized grains based on EBSD data: application to Inconel 718 », Journal of Microscopy, 273:Issue 2 (2019) p.135-147
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Signorelli J., Bozzolo N., « Estimation of geometrically necessary dislocation density from filtered EBSD data by a local linear adaptation of smoothing splines (LLASS) », Journal of Applied Crystallography, 52 (2019) p.548-563
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « On the coupling between recrystallization and precipitation following hot deformation in a γ- γ’ Nickel-Based superalloy », Metallurgical and Materials Transactions A, 49A (2018) p.4199-4213
Communications orales (3)
Seret A., Nicolay A., Franchet J.M., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « Smoothing of EBSD datasets to quantify the geometrically necessary dislocation density: application to the discrimination of dynamically vs. post-dynamically recrystallized grains in forged nickel-based superalloys. « , La Métallurgie : Quel avenir!, Nancy, France, 2019 April 08th-12th
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « Precipitation concomitant to post-dynamic recrystallization in the AD730™ nickel base superalloy », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Seret A., Moussa C., Bernacki M., Bozzolo N., « Coupling of recrystallization and γ′ precipitation during cooling after supersolvus compression of AD730™ », Eurosuperalloys 2018, Oxford, UK, 2018 September 09th-13th
Analyse des processus d’endommagement aux joints de grains dans les superalliages base nickel.
Thèse ENSMA de François Bourdin soutenue le 20 septembre 2020
La quête perpétuelle de meilleurs niveaux de performances récemment conjuguée avec une réduction importante de l’impact environnemental des turbines à gaz aéronautiques, implique une augmentation de la température d’utilisation des superalliages base nickel tout en garantissant une fiabilité et des propriétés mécaniques élevées. Ces conditions de fonctionnement impliquent des processus de déformation allant du fluage à la fatigue qui, couplés aux effets d’oxydation, conduisent à l’amorçage et à la propagation de fissures notamment aux joints de grains. En fonction des conditions de sollicitation et de la microstructure, les joints de grains peuvent glisser, transmettre ou accumuler de la déformation et s’oxyder. L’endommagement intergranulaire est alors étroitement lié à ces différences de processus de déformation. L’objet de cette thèse est l’étude des processus de déformation et d’endommagement intragranulaires et intergranulaires prépondérants entre 20 et 700°C afin de mieux comprendre la transition entre déformation et endommagement au niveau des joints de grains en relation avec les différents paramètres microstructuraux (taille de grains, orientations, nature des joints de grains). Pour une meilleure compréhension de ces phénomènes discrets et discontinus, il est nécessaire de surmonter les limitations techniques actuelles qui ne permettent pas de quantifier les champs mécaniques discontinus inter et intragranulaires. Afin d’y parvenir, une nouvelle approche de mesure sans contact, la H-DIC, est présentée. Celle-ci est d’abord appliquée à l’étude de la plasticité d’un monocristal en traction in-situ sous MEB. La comparaison des mesures de hauteurs de marche générées par le glissement des dislocations en AFM aux hauteurs calculées à partir des sauts de déplacement de H-DIC a permis de valider l’approche. Puis un exemple d’exploitation des paramètres de H-DIC permet de démontrer la faisabilitéd’une automatisation de l’identification de systèmes de glissement. Une première approche qualitative a été menée sur différentes microstructures de l’AD730TMpour déterminer un domaine de sollicitations dans lequel l’activité intergranulaire est prépondérante. Elle a permis de mettre en évidence une plus forte contribution des joints de grains en fluage à 700°C / 700 MPa et beaucoup plus d’endommagements. La mise en place de la H-DIC à 2 échelles couplée à l’EBSD dans ces conditions de sollicitations, a permis d’identifier une configuration micro-structurales néfaste dans les superalliages polycristallins pour disques de turbine : les joints de macles cohérents. L’étude de ces joints de macles cohérents, a rendu possible l’identification de critères sur les configurations les plus nocives. La comparaison à un superalliage colonnaire pour aubes ne possédant aucun joint de macle confirme ces observations. L’étude d’un cas d’endommagement intergranulaire montre qu’un glissement intense sur joints de macle génère de fortes contraintes à l’intersection avec un joint de grain général. Ce fort niveau de contrainte nécessite d’être accommoder enformant un micro-volume dans le grain adjacent et serait susceptible d’activer du glissement dans le joint de grains général séparant les 2grains. Les observations d’endommagements avec les mêmes caractéristiques sur la partie utile et l’analyse des résultats de la littérature dans des conditions similaires appuient ce scénario.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Bourdin F., Stinville J.C., Echlin M.P., Callahan P., Lenthe W.C., Torbet C.J., Texier D., Bridier F., Cormier J., Villechaise P., Pollock T., Valle V., « Measurements of Plastic Localization by Heaviside-Digital Image Correlation », Acta Materialia, 157 (2018) p.307-325
Communications orales :
Stinville J.C., Bourdin F., Echlin M.P., Callahan P., Lenthe W.C., Texier D., Bridier F., Cormier J., Villechaise P., Valle V., Pollock T., « Strain Measurement during Plastic Deformation of Polycrystalline Materials under Scanning Electron Microscopy by Heaviside-DIC », SEM 2018 – Annual Conference and Exposition on Experimental and Applied Mechanics, Reno, USA, 2019 June 03th-06th
Stinville J.C., Bourdin F., Echlin M.P., Lenthe W.C., Bridier F., Texier D., Cormier J., Villechaise P., Valle V., Pollock T., « High Resolution Strain Measurements in a Polycrystalline Superalloy during Plastic Deformation: Slip Band Discontinuity Analysis », TMS 2018 – 147th Annual Meeting & Exhibition, Phoenix, Arizona, USA, 2018 March 11th-15th
Bourdin F., Stinville J.C., Echlin M.P., Lenthe W.C., Texier D., Bridier F., Cormier J., Villechaise P., Pollock T., Valle V., « Application of the Heaviside-DIC to Plasticity for Polycrystalline Materials », iDICs 2017 (International Digital Image Correlation Society), Barcelona, Spain, 2017 November 06th-09th
Interactions Fatigue – Fluage – Oxydation Effets du Vieillissement métallurgique.
Thèse ENSMA de Nicolas Mrozowski soutenue le 02 octobre 2020
Dans un objectif d’optimisation des relations «microstructure-propriétés» des superalliages base nickel γ/γ’ utilisés notamment pour la fabrication de disques de turbine, le comportement en propagation de fissure à 750°C a été étudié dans la version polycristalline de l’AD730TM. En particulier, le phénomène de ralentissement de la propagation avec l’augmentation du facteur d’intensité des contraintes ΔK est au cœur de la problématique abordée. Par le biais d’une campagne d’essais de fissuration à 750°C, on met en évidence que ce phénomène apparaît dans des conditions de chargement de fatigue-fluage. L’influence de l’histoire de chargement thermomécanique sur les courbes de vitesse de propagation est analysée en modifiant différents paramètres expérimentaux tels que la microstructure initiale (précipitation γ’), la valeur initiale de ΔK, l’environnement ou les temps de maintien. L’origine du phénomène de ralentissement est alors attribuée aux effets conjoints et «protecteurs» en pointe de fissure de la relaxation des contraintes, de la croissance d’oxydes et du vieillissement métallurgique. Afin d’enrichir les résultats de fissuration, des analyses complémentaires du vieillissement de la précipitation γ’ ont été conduites à 750°C. Il en résulte notamment que les cinétiques de vieillissement (grossissement des précipités γ’, précipitation de carbures intergranulaires) sont accélérées dans des conditions de chargement cyclique. En outre, le taux de relaxation des contraintes est d’autant plus élevé que la microstructure a vieilli.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Mrozowski N., Hénaff G., Hamon F., Rouffié A.L., Franchet J.M., Cormier J., Villechaise P., « Aging of gamma′ Precipitates at 750 deg C in the Nickel-Based Superalloy AD730TM: a Thermally or Thermo- Mechanically Controlled Process? », Metals (open access journal), 10 (2020) p.426
Communications orales :
Mrozowski N., Hénaff G., Villechaise P., Cormier J., Hamon F., Rouffié A.L., Franchet J.M., « On the evolution of the crack tip gamma’ precipitation at 750°C in the new nickel-based superalloys AD730TM », TMS 2019 – 148th Annual Meeting & Exhibition, San Antonio, USA, 2019 March 10th-14th
Mrozowski N., Hénaff G., Villechaise P., Rouffié A.L., Franchet J.M., Cormier J., « On the high temperature crack propagation in the nickel-based superalloy AD730TM », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Mrozowski N., Hénaff G., Villechaise P., Rouffié A.L., Franchet J.M., « Elevated temperature fatigue crack propagation in relation with crack-tip microstructure in the AD730® Nickel-base superalloy », Fatigue 2018, Poitiers, France, 2018 May 27th-June 01st
Analyse des mécanismes métallurgiques survenant dans l’alliage AD730 au cours du revenu de relaxation des contraintes.
Malik DURAND, thèse CIFRE, Cemef – institut P’, 2017 – 2020
Cette thèse porte sur le nouveau superalliage base nickel AD730, récemment mis au point par la société Aubert&Duval, capable de surpasser les alliages actuellement employés pour la fabrication de disques de turbomachines et dont le groupe Safran souhaite parfaire sa maîtrise. Compte tenu de la complexité des gammes de traitements thermomécaniques mis en œuvre lors de la mise en forme des composants, des niveaux élevés de contraintes résiduelles sont induits au sein des pièces souvent massives. La thèse est plus particulièrement dédiée aux mécanismes métallurgiques à l’œuvre lors du revenu de relaxation des contraintes qui est réalisé après cette mise en forme. Optimiser ce revenu est en effet nécessaire au bon déroulement des opérations d’usinage ultérieures ainsi que pour éviter toute formation de fissure. D’une manière générale, les mécanismes agissant pour relaxer les contraintes résiduelles restent à l’heure actuelle en grande partie méconnus. Les résultats de cette thèse apportent donc non seulement des éléments concrets pour le développement de gammes de mise en forme pour l’alliage AD730, mais élargissent également le socle de connaissances fondamentales des mécanismes physiques menant à la relaxation des contraintes résiduelles.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Durand M., Cormier J., Villechaise P., Franchet J.M., Dumont C., Bozzolo N., « Metallurgical mechanisms upon stress relaxation annealing of the AD730TM superalloy », Superalloys 2020 : Proceedings of the 14th International Symposium on Superalloys (2020) p.546-558 [DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-51834-9_53]
Communications orales :
Durand M., Cormier J., Villechaise P., Katnagallu S., Kontis P., Gault B., Franchet J.M., Dumont C., Bozzolo N., « Analysis of metallurgical mechanisms occurring in superalloy AD730TM during stress relaxation annealing », La Métallurgie : Quel avenir!, Nancy, France, 2019 April 08th-12th
Durand M., Cormier J., Villechaise P., Katnagallu S., Kontis P., Gault B., Franchet J.M., Dumont C., Bozzolo N., « Metallurgical mechanisms occurring in the AD730TM superalloy during stress relaxation annealing », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Communication par affiche
Durand M., Bozzolo N., Cormier J., Villechaise P., Franchet J.M., Dumont C., Kontis P., Katnagallu S., « Metallurgical mechanisms occurring in the AD730 superalloy during stress relaxation annealing treatment », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Impact des carbures sur la variabilité des propriétés en fatigue de superalliages base nickel pour disques.
Adèle GOVAERE, thèse CIFRE, institut P’, 2017 – 2020
Les superalliages polycristallins employés pour la fabrication de disques de turbine comportent des carbures plus ou moins complexes, qui bien que généralement présents en petite quantité peuvent potentiellement affecter la tenue en service des pièces. L’amorçage de fissures en fatigue sur de telles particules, en surface, en sous couche, voire à cœur est en effet un des processus d’endommagement des plus courant pour cette classe d’alliages. L’analyse statistique des données fractographiques ne permettent pas de conclure clairement sur la nature et l’importance relative des paramètres à considérer. La taille des carbures, leur nature, la formation d’amas, etc. sont autant de points considérés sans qu’une conclusion claire n’émerge. S’il est utopique de vouloir éviter toute présence de telles particules pour certains alliages, il convient de mieux comprendre les tout premiers stades d’endommagement qui leurs sont associés de manière à mieux appréhender les configurations pouvant constituer les points bas de durée de vie en fatigue par exemple. De plus, si quelques études récentes ont porté sur ce sujet dans le cas de l’alliage Inconel 718 bien connu pour être sensible à ce type d’endommagement, très peu concernent la nocivité des carbures sur d’autres alliages tel que l’AD730 récemment développé par Aubert & Duval et envisagé par SAFRAN pour certaines de ses applications.
Ce travail de thèse se focalise sur la compréhension des mécanismes élémentaires de déformation et d’endommagement associés à la présence de ces particules : leur caractère plus ou moins fragile, le rôle de l’interface avec la matrice, la précipitation dans leur voisinage, les processus d’oxydation qui leur sont spécifiques sont autant d’aspects qui doivent être considérés.
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Govaère A., Rouffié A.L., Franchet J.M., Galy D., Dumont C., Devaux A., Crozet C., Kontis P., Villechaise P., Cormier J., « Is the carbon content really an issue for the LCF durability of forged gamma/gamma’ Ni-based disk alloys? », Superalloys 2020 : Proceedings of the 14th International Symposium on Superalloys (2020) p.591-602 [DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-030-51834-9_57]
Communications orales :
Govaère A., Cormier J., Villechaise P., Hamon F., Rouffié A.L., Franchet J.M., « Effect of the environment and pre-cracked non-metallic inclusions on the fatigue life of AD730TM », TMS 2019 – 148th Annual Meeting & Exhibition, San Antonio, USA, 2019 March 10th-14th
Govaère A., Cormier J., Villechaise P., Rouffié A.L., Franchet J.M., Crozet C., Devaux A., « Influence of non-metallic inclusions density on mechanical properties of the nickel-based superalloy AD730™ « , Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Communications par affiches :
Govaère A., Rouffié A.L., Franchet J.M., Galy D., Dumont C., Devaux A., Crozet C., Kontis P., Villechaise P., Cormier J., « Is the carbon content really an issue for the LCF durability of forged gamma/gamma’ Ni-based disk alloys? », Superalloys 2021 : 14th International Symposium on Superalloys, Seven Springs, USA, 2021 September 12th-16th
Govaère A., Cormier J., Villechaise P., Rouffié A.L., Franchet J.M., « Are pre-cracked non-metallic inclusions really detrimental for the LCF durability? », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Prévision des propriétés mécaniques de superalliages base nickel en fonction de leur microstructure
Marco PANELLA, thèse OPALE, institut P’-CEMEF, 2017 – 2021
Cette thèse vise à décrire les relations microstructure métallurgique / propriétés mécaniques au moyen de modèles analytiques enrichis de variables internes physiquement motivées. Les enjeux applicatifs sont de prédire le comportement mécanique d’une pièce en fonction des éléments microstructuraux la caractérisant et/ou d’adapter les gammes de traitements thermomécaniques pour atteindre si possible les propriétés requises. Ce sujet est central dans le bouquet d’études réalisées au sein de la chaire OPALE. En effet, des études en cours au CEMEF visent à décrire l’évolution des grandeurs microstructurales (taille de grains, densité de dislocations, topologie des secondes phases, densité de macles, …) en fonction des conditions thermomécaniques de mise en forme. Les analyses et modèles métallurgiques ainsi développés, constitueront le moyen de prédire la microstructure en tout point d’une pièce forgée. En parallèle, d’autres études menées à l’Institut Pprime sont dédiées à l’analyse des mécanismes de déformation et/ou d’endommagement aux échelles granulaire et sub-granulaire. Les sollicitations appliquées sont alors les plus représentatives possible des conditions d’usage des alliages en service (domaine de température, fatigue / fluage, …). La présente thèse a pour objectif de prédire les propriétés mécaniques associées à une microstructure (grains / précipitations) par le développement d’un modèle décrivant les modes de déformation (glissement plastique intra / intergranulaire) en intégrant les variables internes utilisées pour simuler l’évolution de la microstructure en mise en forme. L’idée maîtresse est de construire ainsi le chainon manquant pour la prédiction du comportement mécanique d’une pièce en fonction de ses conditions de mise en forme.
Le travail de thèse sera essentiellement tourné autour de développements en modélisation et simulation. Des analyses expérimentales complémentaires nécessaires à l’identification des modèles seront également réalisées. Les lignes directrices de ce projet sont :
• Synthétiser et compléter les données établies concernant l’influence des paramètres microstructuraux sur les conditions de mise en forme et les propriétés d’usage.
• Faire un bilan des modèles analytiques intégrant des paramètres physiques métallurgiques soit « en sortie » (modèle de mise en forme) soit « en entrée » (propriétés d’usage).
• Proposer un modèle de comportement mécanique visant à intégrer des grandeurs métallurgiques accessibles par l’analyse microstructurale quantitative (microscopie électronique, EBSD, …) et par la simulation des conditions de traitements thermomécaniques et/ou thermiques (taille de grains, taux de macles, précipitation secondaire (fraction, taille), …
• Simuler le comportement mécanique d’agrégats cristallins dont le squelette granulaire sera issu de simulations réalisées au CEMEF (calculs d’agrégats polycristallins, plasticité cristalline).
• Objectif final : Préconiser un chemin de traitements thermomécaniques et thermiques pour optimiser un alliage vis-à-vis de conditions d’usage précises : réaliser ce traitement et évaluer les propriétés mécaniques induites. Analyse critique du modèle proposé.
Télécharger le résumé de la thèse
Articles relatifs à ce travail de thèse :
Panella M., Signor L., Cormier J., Bernacki M., Villechaise P., « Experimental and simulation study of the effect of precipitation distribution and grain size on the AD730TM Ni-based polycrystalline superalloy tensile behavior », Superalloys 2020 : Proceedings of the 14th International Symposium on Superalloys (2020) p.570-578
Communications orales :
Panella M., Signor L., Cormier J., Bernacki M., Villechaise P., « Experimental and simulation study of the effect of precipitation distribution and grain size on the AD730TM Ni-based polycrystalline superalloy tensile behavior », Superalloys 2021 : 14th International Symposium on Superalloys, Seven Springs, USA, 2021 September 12th-16th
Panella M., Signor L., Cormier J., Bernacki M., Villechaise P., « Microstructure-sensitive modeling of the macroscopic behavior of AD730TM nickel-based polycrystalline superalloy using crystal plasticity finite element simulations », COMPLAS 2019, Barcelona, Spain, 2019 September 04th-06th
Thébaud L., Panella M., Signor L., Bernacki M., Crozet C., Devaux A., Franchet J.M., Rouffié A.L., Villechaise P., Cormier J., « On the usefulness of Ni-based single crystal superalloys to understand the mechanical behavior of polycristalline disk superalloys », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Panella M., Signor L., Cormier J., Bernacki M., Villechaise P., « Experimental and simulation study of the effect of precipitation distribution and grain size on-the AD730 Ni-based polycrystalline superalloy tensile behavior », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
Communications par affiche :
Panella M., Signor L., Cormier J., Bernacki M., Villechaise P., « Prévision des propriétés mécaniques de superalliages base nickel en fonction de leur microstructure », Journées annuelles de la SF2M, Paris, France, 2019 October 21th-23th
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