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Caractérisation mécanique et microstructurale des joints brasés d'alliages aéronautiques avec du BNI-2 comme métal d'apport

Tsoungui, Félix (2010). Caractérisation mécanique et microstructurale des joints brasés d'alliages aéronautiques avec du BNI-2 comme métal d'apport. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le présent projet a pour but d'établir une méthode robuste pour évaluer les propriétés mécaniques des joints brasés d'alliages aéronautiques en tension-cisaillement et d'en établir les mécanismes de mpture en fonction des caractéristiques physiques et les microstmctures des joints. Les principaux facteurs étudiés sont : la longueur de recouvrement, l'épaisseur du joint brasé (aussi appelée gap), l'épaisseur du métal de base, le ratio du recouvrement par rapport à l'épaisseur du métal de base et les microstructures des joints (avec et sans eutectiques). Leurs effets sur les propriétés mécaniques et les mécanismes de rupture ont été analysés et mis en évidence. Le brasage a été effectué selon la spécification AMS 2675 en utilisant l'alliage AWS BNi-2 comme métal d'apport et l'Inconel 625 comme métal de base. Les tests de traction ont été conduits conformément à la norme ASTM E08-4 et les résultats ont été exploités selon la norme AWS C3.2 et suivant certains modèles analytiques.

Les résultats obtenus montrent que la présence d'eutectiques dans les joints brasés diminue considérablement leur résistance mécanique et leur ductilité. Pour des recouvrements typiques de production, voisins de 4 mm (0.150 pouce), les joints brasés sans eutectiques apparaissent nettement plus résistants que ceux avec eutectiques. L'on note une amélioration de l'ordre de 50% et 25% des joints avec des gaps respectivement large et petit. De plus, au delà d'un ratio de recouvrement par rapport à l'épaisseur de métal de base de 2, environ 90% des propriétés mécaniques du métal de base en tension pure sont atteintes.

Pour tous les joints testés, il a été observé que l'amorce de fissures se produisait toujours à la surface des filets, très précisément dans la zone eutectique. La propagation quant à elle semble ne dépendre que du recouvrement et de la présence ou non d'eutectiques. La présence d'une zone eutectique continue semble faciliter la propagation des fissures dans le joint sans plasticité, tandis qu'à l'opposée, la phase y-nickel libre d'eutectiques semble ductile et non propice à la propagation de fissures, même pour des joints très courts. Ainsi, les joints sans eutectiques ont tendance à rompre dans le métal de base, en présentant un comportement ductile qui pourrait permettre une application structurelle.

Une étude complémentaire a été réalisée à la fin de ce projet. Elle a permis de comparer les propriétés mécaniques des joints brasés à celles du métal de base usiné en recouvrement simple. Les résultats obtenus montrent que les joints brasés totalement dépourvus d'eutectiques ont des propriétés mécaniques similaires à celles du métal de base. L'absence totale d'eutectique augmente la résistance mécanique et la ductilité d'un joint brasé de respectivement 40% et 60% par rapport au métal de base.

Titre traduit

Mechanical and microstructural characterization of aerospace brazed joints with the BNI-2 as filler metal

Résumé traduit

The present project aims to evaluate the mechanical properties of nickel based brazed joints in tensile and shear, and to establish their fracture mechanism. The main factors studied are: the overlap length, the braze thickness, the base metal thickness, the ratio of overlap to the thickness of the base métal and as well the presence or not of the eutectic phases in the brazed joint. Their effects on mechanical properties and fracture mechanisms have been investigated. The brazing process bas been carried out according to the AMS 2675 spécification using the AWS BNi-2 (AMS 4777) filer métal. The base metal used was the Inconel 625 (AMS 5599). Tensile tests were carried out according to the ASTM E08-4 specification and results were analyzed based on the AWS C3.2M spécification and some
analytical models.

The results obtained show that the presence of eutectic phases in the brazed joints drastically decreases their strength. For typical overlap lengths near 4 mm (0.150 in), the brazed joints without eutectics are clearly stronger than those with eutectics. A difference of 50% bas been observed for brazed joints with a larger gap and about 25% for those with a smaller gap. Moreover, with an overlap ratio of 2 and over, the brazed joints without eutectics exhibit about 90% of the pure base metal tensile strength.

For all joints tested, it bas been observed that cracks always initiate at the surface of the filet, in the eutectic zone. The propagation however dépends on the overlap and the microstmcture. The presence of a continuons eutectic zone throughout the joint seems to facilitate the crack propagation, while the y-nickel phase free of eutectics seems more ductile and does not show any évidence of crack propagation, even for very short overlap lengths. Therefore, the brazed joints without eutectics exhibit ductile behavior and tend to fail in the base metal, this suggests a good potential for stmcmral applications.

A complementary study bas been carried out at the end of this project. The goal was to compare braze mechanical properties to the machined base métal in simple overlap configuration. The resuhs obtained show that in absence of eutectics in the joint and at the fillets, the brazed joints bave similar mechanical properties to that of the base metal. Concretely, the complete absence of eutectics increases braze mechanical strength and ductility respectively to 40 % and 60 % while compared to the pure base metal.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr. : f. [134]-136.
Mots-clés libres: Assemblages (Technologie) Essais. Aéronautique Appareils et matériel Conception et construction.
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Bocher, Philippe
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 21 mars 2011 14:47
Dernière modification: 15 févr. 2017 00:35
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/663

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