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Influence des paramètres des traitements thermomécaniques sur l'évolution de la microstructure du superalliage AD730

Lieutaud, Mathias (2016). Influence des paramètres des traitements thermomécaniques sur l'évolution de la microstructure du superalliage AD730. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’alliage AD730 a été développé par l’entreprise Aubert et Duval afin de remplacer l’Inconel 718 qui constitue actuellement les disques de turbine des moteurs d’avion. Ce changement doit permettre d’augmenter la température des gaz à la sortie de la chambre de combustion et ainsi le rendement du moteur. L’alliage AD730 est relativement récent et son procédé de fabrication (forgeage à haute température) n’a pas encore été étudié dans un environnement académique.

L’objectif de ce travail est donc d’améliorer les connaissances des mécanismes impliqués lors de la déformation à chaud de cet alliage c’est à dire essentiellement le mécanisme de recristallisation dynamique.

Des essais mécaniques ont été réalisés à différentes déformations (0,08 ; 0,12 ; 0,24 ; 0,40 ; 0,63) et différentes vitesses de déformation (0,1 ; 0,01 ; 0,001 s-1) afin d’étudier la cinétique de la recristallisation. Les paramètres d’essai furent une température de déformation de 1120°C et un temps de maintien de 5 min. Ces essais furent réalisés sur une presse hydraulique MTS. Une attention particulière fut portée à la lubrification et son influence sur la courbe contrainte/déformation. D’autres essais furent ensuite effectués à différentes températures (1060 ; 1090 ; 1120 ; 1150 °C) et différentes vitesses de déformation (1 ; 0,1 ; 0,01 ; 0,001 s-1) afin de développer un modèle permettant de prédire le comportement du matériau.

Le phénomène de Yield Drop fut étudié attentivement. La recherche des causes de ce phénomène fut approfondie et l’explication expérimentale fut finalement retenue. La méthode de la double différentiation a révélé des déformations critiques à [déformation] = 0,08 et [déformation] = 0,12 qui correspondraient à l’initiation des mécanismes énergétiques impliqués lors de la déformation de cet alliage, tels que la recristallisation dynamique. L’observation des microstructures a permis de montrer qu’il y avait une apparition de nouveaux grains entre les déformations. Le point critique à [Déformation] = 0,08 correspondrait donc à l’initiation de la recristallisation dynamique. Le modèle d’Arrhenius mis en place a permis de prédire le comportement du matériau avec une erreur de 7%. Cette valeur d’erreur atteste d’une modélisation adaptée à ce matériau bien qu’il soit moins performant aux vitesses de déformations faibles ([vitesse de déformation] = 0,001 s -1) qu’aux vitesses de déformation supérieures.

Titre traduit

Influence of thermomecanical heat treatments during hot forging of AD730 superalloy

Résumé traduit

The AD730 superalloy was developed by Aubert et Duval in sight of replacing Inconel718 which is currently the principal material used in the fabrication of turbine disks. A successful change of material in this domain could lead to an increase of temperature in the combustion chamber and therefore an increase of the efficiency of the turbojet engine. The AD730 superalloy is relatively recent and its fabrication process (hot forging) has never been studied in an academic environment.

The purpose of this work is to increase the knowledge of the hardening mechanism which takes place during hot forging, found to be principally a mechanism of recrystallization. Hot compression tests were accomplished with a series of increased deformations (0,08; 0,12; 0,24; 0,40; 0,63) and different stain rates (0,1; 0,01; 0,001 s-1) in order to study the evolution of recrystallization. A deformation temperature of 1120°C and a holding time of 5 minutes were chosen as optimal compression parameters. The tests were completed on a servohydraulic MTS press. Special attention was given in understanding the impact of lubrication on the stress/strain curve. More tests were done at different temperatures (1060; 1090; 1120; 1150 °C) and different strain rates (0,001; 0,01; 0,1; 1 s-1) with the aim to develop a model which can predict the material behaviour.

The Yield Drop phenomenon was observed and analysed. Theoretical research and experimental validation were used to support a potential explanation of the phenomenon. The double differentiation method revealed two critical strains at [deformation] =0,08 and [deformation] =0,12, which could be associated with the initiation of a mechanism involved specifically in hot forging, such as dynamic recrystallization. Microstructural observation showed an increasing number of small grains between a strain level of strain 0,08 and 0,12. This confirms that dynamic recrystallization starts at for a strain of 0,08. The Arrhenius type model, which was built to predict material behaviour, has an error of 7% with our experimental data. This error confirmed the model to be appropriate for our material even if results at high strain rates are close to experimental data resulting from a low strain rate ([vitesse de déformation] = 0,001 s -1).

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Rapport de mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliographie : pages 115-116.
Mots-clés libres: Alliages cobalt-chrome-nickel Traitement thermomécanique. Alliages cobalt-chrome-nickel Microstructure. Alliages cobalt-chrome-nickel Travail à chaud. Alliages réfractaires. Recristallisation (Métallurgie) ad730, chute, contrainte, drop, yield, superalliages, compression à chaud, recristallisation, lois de comportement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Jahazi, Mohammad
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 16 déc. 2016 15:51
Dernière modification: 16 déc. 2016 15:51
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1768

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