Effet d’un pré-écrouissage avant traitement thermique de vieillissement aéronautique sur la

sensibilité à la FIGAO et de propriétés mécaniques macroscopiques

L’idée que l’écrouissage du matériau peut influencer sa sensibilité vis-à-vis des phénomènes de CSC / FIGAO n’est pas nouvelle. Néanmoins, les travaux menés sur le sujet donnent des résultats variés selon l’alliage à base de nickel considéré.

Des études du comportement en CSC de l’alliage 600 en milieu REP simulé ont été nombreuses sur le rôle de l’écrouissage sur la vitesse de propagation de fissures de CSC. L’alliage 600 semble vivre une propagation de fissures en milieu REP simulé plus rapide s’il a préalablement été écroui. Ainsi, Yamazaki et al [Yamazaki 2008] montrent que la vitesse de propagation de fissures en CSC gagne un ordre de grandeur et demi entre le matériau de base et le matériau pré-déformé à 8%, et deux ordres de grandeur et demi si on porte la pré-déformation à 20%. Les travaux de Rebak et al [Rebak 1995] montrent quant à eux que plus le taux de pré-écrouissage est important

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et plus l’énergie d’activation apparente pour la croissance de fissure (CGR) est faible. Raquet et al [Raquet 1999] confirment par leurs travaux l’aspect néfaste d’un pré-écrouissage superficiel sur la propagation IG de défauts de corrosion sous contrainte. Ces travaux se sont intéressés aux effets de l’écrouissage sur la sensibilité à la CSC sur l’alliage 600.

Bien que peu d’études sur l’effet d’un tel pré-écrouissage sur le comportement de l’alliage 718, objet de cette étude, aient été menées, il apparaît que sa réponse en termes de sensibilité vis-à-vis de l’endommagement par phénomène de CSC soit tout à fait différente de celle de l’alliage 600 décrite précédemment. En effet, les travaux de Tsubota et al [Tsubota 1986] sur la sensibilité de l’alliage 718 et de l’alliage X-750 en eau sous pression (288°C, 80atm) ont permis de comparer la profondeur de fissure de CSC par des essais sur des poutres en flexion pré-corrodées (CBB=Creviced Bent Beam) pour différents taux de pré-écrouissages de l’alliage 718 avant traitement thermique de vieillissement standard aéronautique pour des immersions de 500 heures. Ces auteurs montrent suivant cette méthode de caractérisation que la sensibilité de l’alliage vis-à-vis du phénomène de CSC connaît un minimum pour une pré-déformation de l’alliage avant traitement de vieillissement comprise entre 10 et 20%.

Les mécanismes d’endommagement étant considérés comme comparables entre phénomènes de CSC et phénomènes de FAO, nous nous sommes intéressés à l’effet d’un pré-écrouissage avant traitement thermique de vieillissement sur la sensibilité à la FAO.

Des travaux menés au CIRIMAT sur l’effet d’une pré-déformation en traction de l’alliage 718 avant traitement de vieillissement aéronautique ont montré qu’il existe un domaine de taux de pré-déformation, proche de 12%, pour lequel l’indice de sensibilité vis-à-vis du phénomène de FIGAO devient nul. Plus récemment, il a été mis en évidence l’effet de l’application de différents taux de pré-écrouissage par laminage avant traitement de vieillissement selon le standard aéronautique pour des essais de caractérisation à 650°C et 10-3 _s-1_{. L’application d’un pré-} écrouissage sur tôles minces par laminage a été jugée plus pertinente que par traction du fait de son caractère plus homogène. Différents taux de pré-déformation ont été appliqués, à savoir 5, 9, 13, 18, 21 et 24%. Les faciès de rupture des éprouvettes ont été caractérisés par observation MEB afin de déterminer l’évolution de l’indice de sensibilité à la FAO. Il apparaît que l’indice de sensibilité à la fissuration assistée par l’oxydation diminue progressivement à mesure que le taux de pré-écrouissage augmente, jusqu’à atteindre une valeur systématiquement nulle pour des pré- écrouissages supérieurs à 18%. Ce comportement est illustré par l’histogramme présenté sur la Figure III-52. Les courbes de traction correspondant à chaque taux de pré-déformation appliqué sont portées en Figure III-53.

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Figure III-52 Evolution de l’indice de sensibilité à la fissuration assistée par l’oxydation pour différents essais de caractérisation en traction à 650°C et 10-3_s-1 _{sous air en fonction du taux de pré-écrouissage avant}

traitement de vieillissement de l’alliage d’étude

Figure III-53 Courbes de traction caractéristiques des essais réalisés sur l’alliage 718 pré-écroui avant traitement thermique de vieillissement, à 650°C et 10-3_s-1_{, par suivi de déformation à partir du déplacement}

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Ces résultats peuvent être interprétés de la manière suivante : la formation d’un réseau de dislocations suffisamment dense au sein de l’alliage avant traitement de vieillissement génère un grand nombre de sites vers lesquels vont migrer et ségréger préférentiellement les solutés. Les dislocations générées pendant la déformation vont ainsi piéger certains éléments en solution qui ne vont alors plus être disponibles pour être transportés lors de la déformation plastique de l’essai de caractérisation de la sensibilité de l’alliage à la FAO. Ainsi, plus il y a de dislocations créées avant traitement de vieillissement aéronautique et moins grande est la quantité de solutés transportée par les dislocations mobile lors de l’essai. Si bien qu’il existe une pré-déformation critique au-dessus de laquelle les joints de grains ne peuvent plus être enrichis de façon suffisante en solutés, la sensibilisation des joints de grains n’est alors pas suffisante pour entraîner une décohésion sous l’effet conjugué de l’oxydation et de la contrainte intergranulaire. Dans ce cas, la rupture ne peut plus être que transgranulaire.

III.3.8. Résumé

L’ensemble des essais réalisés à haute température et présentés dans cette partie permet de mettre en évidence l’effet de la vitesse de déformation sur les propriétés mécaniques de l’alliage lors d’essais sous atmosphère non oxydante, ainsi que sur la morphologie de l’endommagement par fissuration intergranulaire assistée par l’oxydation sur le faciès de rupture dans le cas d’essais sous air laboratoire. Lorsque l’on s’intéresse à l’allongement à rupture, l’effet de l’environnement apparaît comme négligeable dans le domaine d’instabilité plastique, alors qu’il devient prépondérant à mesure que la vitesse de déformation décroît dans le domaine de vieillissement dynamique, ce qui se traduit par un allongement à rupture de plus en plus prématuré pour les faibles vitesses de déformation.

Pour qu’il y ait endommagement intergranulaire fragile, il faut qu’il y ait simultanément un environnement suffisamment oxydant et une sollicitation mécanique à vitesse compatible avec la cinétique d’oxydation. En cela, l’effet PLC inhibe la propagation de fissures à caractère IGF lorsqu’il intervient car ses caractéristiques le rendent incompatible avec la cinétique d’oxydation nécessaire à la fissuration intergranulaire assistée par l’oxydation.

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IV.

Discussion ... 153