Impact de l'épaisseur de la gangue sur les mécanismes de ssuration

largeur de la gangue. Elle est très ne dans la nuance STD et ne varie presque pas d'une inclusion à l'autre. En revanche, dans la version HC, son épaisseur est très variable.

Dans l'alliage HC

Il est important de rappeler que toute cette analyse est faite pour des essais d'oxydation statique. Par conséquent, aucun chargement n'est appliqué et les résultats sont liés à l'oxydation pure et aux cycles thermiques liés aux observations à 20°C. Les images MEB en Figure 5.29 ont déjà montré que l'épaisseur de la gangue joue un rôle sur la durée d'amorçage de ssures pour les inclusions de l'AD730T M HC à 450°C. Une large gangue serait bénéque car elle aurait tendance à ralentir la durée d'amorçage. En eet, l'amorçage de ssure se réalisant dans les c÷urs, la ssure doit ensuite se propager à travers toute la gangue pour atteindre l'interface gangue/matrice. Or, d'après les

taille. Ainsi, plus la gangue de NbC est large, plus la matrice sera aectée sur une zone étendue. Or, cette plasticité peut favoriser la propagation des ssures depuis le carbonitrure vers la matrice selon le phénomène de décohésion ou de propagation transgranulaire (cf. Paragraphe 1.2.4). Une large gangue serait alors propice à la propagation de ssures et diminuerait la durée de propagation2, ce qui serait défavorable pour la durée de vie. L'inuence bénéque ou néfaste de la présence d'une large gangue dépendrait donc de la compétition entre la durée d'amorçage et la durée de propagation. Néanmoins, les calculs donnés en Figure 5.4 montrent que la matrice est plastiée uniquement pour des températures supérieures à 520°C pour l'AD730T M. A titre indicatif, le seuil est de 570°C pour l'Inconel 718. Par conséquent, des carbonitrures ayant une large gangue dans l'alliage HC seraient bénéques pour la durée de vie à 450°C.

Matériau Incl/γ ∆T (K) p (MPa) σ_y (MPa) rincl (µm) r_p (µm) AD730T M STD NbC/γ 500 -803 1200 0.5  5.0 _{0.5  5.0}

Inconel 718 NbC/γ 550 -771 1150 0.5  5.0 _{0.5  5.0} Table 5.4  Pressions hydrostatiques induites par l'expansion volumique dans un carbure de

niobium pour diérentes conditions dans l'AD730T M STD et l'Inconel 718.

A 700°C, quelques ssures apparaissent dans la gangue le long des interfaces gangue/matrice, peu importe son épaisseur. Celle-ci n'a donc pas d'inuence particulière sur l'amorçage de ssures. Ce serait plutôt la longueur de la gangue et donc de l'inclusion qui jouerait un rôle ici. En revanche, à cette température, la matrice est plastiée sur une plus ou moins large zone selon la taille de la gangue. La transmission de ssure ainsi que la vitesse de propagation seraient donc dépendantes de la largeur de gangue à 700°C. Par conséquent, des carbonitrures ayant une large gangue dans l'alliage HC seraient néfastes pour la durée de vie à 700°C.

Dans l'alliage STD

La ssuration se produit dans la gangue le long des interfaces gangue/matrice à 450°C et à 700°C. Les conclusions sont donc les mêmes que pour la version HC : la largeur de gangue n'a pas d'impact sur l'amorçage de ssures aux deux températures et la propagation est favorisée à 700°C.

5.4 Conclusion

Les eets de l'oxydation pure sur les inclusions des alliages STD et HC ont été étudiés dans ce chapitre. Les mécanismes d'oxydation activés sont dépendants de la température. Le Nb2O₅ se forme préférentiellement à 450°C alors que c'est le T iO2 à 700°C. L'oxydation s'accompagne d'une expansion volumique qui se caractérise par des éruptions en surface. En eet, l'aire des inclusions ainsi que leur épaisseur augmentent avec le temps d'exposition et également avec la température. De plus, la cinétique de formation des oxydes est la plus rapide pendant les 3 premières heures d'exposition et tend à se stabiliser avec le temps. L'oxydation pénètre aussi en profondeur et peut atteindre jusqu'à 2.5 µm après 24h. Il est intéressant de noter qu'à temps constant, une hétérogénéité importante sur l'épaisseur des inclusions a été observée.

Les mécanismes de ssuration liés à l'oxydation pure ne sont pas les mêmes selon la température et la nuance de l'alliage. En eet, ce sont les gangues oxydées qui se ssurent à 450°C dans la version STD alors que ce sont les c÷urs dans l'alliage HC. Pour les deux nuances, les premières ssures s'amorcent dès 3h d'exposition. Dans la nuance HC, la propagation des ssures vers la gangue se fait par les coins aigus du c÷ur. Les ssures se propagent ensuite dans la gangue progressivement en fonction du temps d'exposition. Ainsi, une large gangue va allonger la durée d'amorçage de ssures. De plus, des détachements de morceaux d'oxydes de Nb2O₅ ont été observés dans les alliages STD et HC après 12h et 24h, respectivement. A 700°C, le mécanisme de ssuration est le même dans les deux alliages STD et HC : ce sont les gangues oxydées qui se ssurent. Néanmoins, bien que les couches d'oxydes visibles en surface soient ssurées, les coupes transverses ont révélé que les carbonitrures des alliages STD et HC restent intacts en-dessous. Par conséquent, la ssuration est supercielle.

De plus, la ssuration des couches oxydées n'est pas le seul endommagement qui a été observé. En eet, des décohésions des interfaces gangue/matrice ont été mises en évidence à 450°C et 700°C dans les deux versions STD et HC. Des décohésions des interfaces c÷ur/gangue ont également été observées dans l'alliage STD aux deux températures étudiées.

L'équation de Selsing a permis d'estimer les pressions hydrostatiques induites, par les diérences de coecients de dilatation thermique, dans des inclusions pures incrustées dans une matrice innie isotrope après chauage. Les résultats montrent que ce sont les parties riches en niobium qui sont les plus aectées par l'expansion volumique après exposition à 450°C et 700°C. Par conséquent, la ssuration se fait préférentiellement dans ces parties qui correspondent aux gangues des inclusions. Le changement de mécanisme dans l'alliage HC est probablement lié à la diérence de chimie et de cristallographie entre les carbonitrures de l'AD730T M STD et HC. Pour nir, une zone plastiée autour des inclusions peut être générée par l'expansion volumique. Cette plasticité en périphérie des carbonitrures peut favoriser la propagation de ssures. Les résultats ont montré que ce sont les carbures de niobium qui entraînent le plus grande zone plastiée. Celui-ci est d'autant plus large que la particule est grande et la température élevée. Ainsi, une large gangue riche en niobium oxydée à 700°C favoriserait la propagation de ssure vers la matrice.

Pour nir, les inclusions ne sont pas les seuls éléments microstructuraux à être sensibles à l'oxy-dation. En eet, la matrice et les précipités sont également aectés, notamment à 700°C. Des pores de décohésion à l'interface précipités γ0/joints de grains apparaissent après 3h d'exposition. Ils

Impacts de la présence d'inclusions

pré-ssurées/oxydées sur les propriétés

Bibliographie : Conditions favorisant

l'amorçage de ssures sur inclusions

Dans la littérature, la présence d'inclusions ainsi que leurs impacts sur les propriétés mécaniques ont largement été étudiés. Il a été montré que de nombreux paramètres sont impliqués dans les mécanismes d'amorçage et de propagation de ssures depuis ces inclusions. Ce chapitre introduit des éléments clés favorisant l'amorçage de ssures sur particules et leur transfert à la matrice lorsque le matériau est soumis à une sollicitation de type fatigue.