Inuen e du traitement thermique sur la mi rostru ture

Les paramètres métallurgiques ontrlables par traitements thermiques sont es- sentiellement :

•

la taillede grains,

•

la fra tion volumique et latailledes

γ

′

primaires,

•

la fra tion volumique et latailledes

γ

′

se ondaires,

•

la fra tion volumique et latailledes

γ

′

Temps T emp érature (  C) miseensolution(4h) premierrevenu(24h) 2erevenu(4h) ambiante 1165C 700C 800C heminderefroidissement

Fig. 1.1.Traitement thermiquestandard duN18.

γ′

I

joint de grains

γII′

γ

′

III

Fig.1.2. Mi rostru ture standard du N18 à grains ns, à gau he image MEB éle trons se ondaires[11℄, àdroite image METen hampsombre [12℄.

Ces paramètres mi rostru turaux n'évoluent pas indépendamment dans les su- peralliages pour disques élaborés par métallurgie des poudres. En eet, la taillede grainsdépend fortementde lafra tionvolumiqueetde latailledes

γ

′

primaires.De même,ilexistedesrelationsfortesentre lesfra tionsvolumiquesde pré ipitésse on- dairesettertiairesde

γ

′

.Parexemple,siune trèsforteproportionde

γ

′

II

apré ipité dansle matériaualors lafra tionde

γ

′

III

est faible, ar ilne reste plussusamment d'aluminium en solution pour former les pré ipités tertiaires de

γ

′

. Ces paramètres sont ontrlésparletraitementthermiquequisuit leforgeage.L'inuen eprin ipale de ha unedes étapesdu traitementthermiquesur lesparamètresmi rostru turaux est dé rite sur la Figure1.3.

Miseen solution Cheminde refroidissement Revenu Taillede grains Fra tionvolumique de

γ

′

I

Tailleet fra tionvolumique de

γ

′

II

Tailleet fra tionvolumique de

γ

′

III

Fig. 1.3. S héma de l'inuen e prin ipale des étapes dutraitement thermique surles pa- ramètres mi rostru turaux.

A l'issue du forgeage isotherme, la mi rostru ture du N18 présente une taille de grains faible de l'ordre de quelques mi romètres. Des pré ipités primaires de

γ

′

de taille omparable à la taille de grains y sont également observés. Le traitement de mise en solution a pour but de ontrler la taillede grains et de dissoudre une fra tion des pré ipités an d'obtenir une pré ipitation plus ne et plus ontrlée lors de la trempe. An de bien hoisir le traitement thermique, il est important de onnaître la température de solvus des

γ

′

primaires, 'est-à-dire la température à laquelle les pré ipités primaires de

γ

′

se dissolvent (

γ + γ

′

_{→ γ}

). Si e traitement est réalisé à une température inférieure à elle de e solvus (traitement subsolvus) alorsunefra tiondespré ipitésprimairesde

γ

′

n'estpasdissoutelorsdutraitement. Or es pré ipités  épinglent  les joints de grains et gênent don la roissan e des grains.PourleN18,latailledegrainsestalorsde10à15mi romètres.Par ontre,si letraitementde mise en solutionest réaliséàune températuresupérieureà elle du solvus

γ

′

du N18 (environ 1195C) tous les pré ipités primaires de

γ

′

sont dissouts. La roissan e des grains n'est don plus entravée par les pré ipités. Par ontre, du faitde lavoied'élaborationparmétallurgiedes poudres,la roissan e desgrainsest gênée parlesparti ules situéesàla périphérie des grainsde poudresobtenus lorsde l'atomisationpargaz(priorparti leboundary :ppb).Latailledegrainsobtenue estdon d'environ30à60mi romètres, 'est-à-diredel'ordredelatailledespoudres utilisées.Laremiseensolutionpartielleoutotaledes

γ

′

primairesentraîneégalement la possibilité de pré ipiter une plus grande proportion de pré ipités se ondaires et tertiairesde

γ

′

.C'estpourquoi,àvitessederefroidissementégale,plusun traitement subsolvus est réalisé à une température pro he de elle du solvus

γ

′

et plus les

γ

′

II

ont une tailleélevée [13℄.

Le hemin de refroidissement inue sur la taille et la fra tion volumique des pré ipités se ondaires et tertiairesde

γ

′

de grains. L'eet du refroidissement sur les

γ

′

II

a été, par exemple, misen éviden e par Bhowal et al. dans le as de l'alliage René 95 [14℄ et par Raisson et Davidson pourleN18[15℄.Pluslavitessederefroidissementestélevée(oumoinslatrempeest diérée aprèssortie du four)etplus lespré ipités se ondaires de

γ

′

sontns etplus leur fra tion volumique est basse.Les refroidissementsà vitesse très élevée peuvent onduireàunedistributionmonomodale(pasde

γ

′

III

observés).Ce phénomèneaété observé dans le N18 [8℄ pour des vitesses de refroidissement supérieures ou égales à 600C/min. Les refroidissements à vitesses lentes (de quelques degrés Celsius à quelques dizaines de degrés Celsius par minute) ou bien des maintiens étagés à haute température entraînent une faible germination et ainsi une forte roissan e des pré ipités se ondaires de

γ

′

. Cette roissan e peut onduire à des modi ations de la morphologiede es pré ipités [16℄.

Les paramètres de maille de la phase

γ

(

am

) et de la phase

γ

′

(

ap

) ne sont pas exa tementlesmêmes.Ilexistedon undésa ord paramétriqueoumist(

δ

),déni par la relation:

δ =

2(ap− am)

am+ ap

(1.1)

Ce désa ord paramétrique engendre des ontraintes au sein du matériau ( f. Fi- gure 1.4). Ellessont partiellement responsables des modi ations morphologiques.

Fig. 1.4. S héma de l'inuen e dudésa ordparamétrique [17 ℄.

La valeur de l'é art paramétrique entre la matri e et les pré ipités ainsi que la taille des pré ipités, jouent un rle sur la morphologie des pré ipités. Elle peut évoluer de la sphère vers le ube puis si la roissan e se poursuit, vers l'o to ube (fra tionnement).Ces évolutionssont présentées sur la Figure1.5.

Ces évolutions morphologiques de la pré ipitation intragranulaire peuvent s'a - ompagner de laformation de joints de grains dentelés. L'ondulation onstatée des jointsde grains est due àla roissan e préférentielle des pré ipités se ondairesde

γ

′

en onta tave lejoint[18,19,20℄.Unemi rographiede esjointsdegrainsdentelés dans l'Astroloyest présentée sur laFigure 1.6.

Laséquen edestraitementsthermiquespratiquéeindustriellementseterminepar un ouplusieursrevenus. Ceou es revenusontplusieursfon tions.Toutd'abord,un maintienàtempératuremoyennepermetde relaxer partiellementles ontraintes internes résultant de la trempe de la piè e après le traitement de mise en solution

a d=5nm b l=100nm l=150nm d l=300nm e l=2

µ

m f l=3

µ

m

Fig. 1.5. S héma de l'évolution morphologique des pré ipités en fon tion de leur taille dansles superalliages à base de ni kel [16℄ etmi rographies orrespondantes de pré ipités dans le N18. d, diamètre de la parti ule et l, longueur du té de la parti ule.

(traitement de détensionnement). D'autre part, lerevenu permet d'ajuster la taille des pré ipités tertiaires de

γ

′

. Dans le as d'une population monomodale initiale,il entraîne la pré ipitationde pré ipités tertiairesde

γ

′

. Dans le as d'une population bimodale initiale, il permet la oales en e des pré ipités tertiaires, dont la tailleet la fra tion volumique augmentent. Réalisé dans la gamme 600-800C, il permet de moduler la taille et la fra tion de

γ

′

III

. Réalisé à des températures supérieures à 800C, ilentraîneladissolutiondes

γ

′

III

etpeut également onduire àla oales en e des

γ

′

II

. Enn, e traitement peut également permettre de moduler lapré ipitation des arbures se ondaires aux joints de grains. Pour les superalliages pour disques élaborés parmétallurgie despoudres,latendan e généraleest àlapratique dedeux revenus (soit un premierrevenu àune température supérieure à elle du se ondou l'inverse).Parexemple,leN18subit unpremierrevenu à700Cetun se ondrevenu à 800C(Figure1.1). Cependant,des étudesont permisde montrer quel'utilisation

Fig.1.6. Mi rostru ture de l'Astroloy après refroidissement lent. Présen e de joints de grainsdentelés.m:denteluresd'amplitudemi rométrique.(mi ros opieoptique) [18℄.

d'un revenu unique optimisé permettait d'atteindre ou de dépasser les résistan es mé aniques des matériaux àdouble revenu [13, 21℄.

Dans le document Expérimentation numérique pour l'aide à la spécification de la microstructure et des propriétés mécaniques d'un superalliage base Ni pour des applications moteurs (Page 31-36)