Caractérisation de microstructures de joints brasés avec les alliages BCu-1, BAg-13a, BAu-4, BAu-6, BNi-1a, BNi-2, BNi-3 et Palnicro 36M ayant pour métal de base un superalliage base nickel

Rockvam, Margaux (2011). Caractérisation de microstructures de joints brasés avec les alliages BCu-1, BAg-13a, BAu-4, BAu-6, BNi-1a, BNi-2, BNi-3 et Palnicro 36M ayant pour métal de base un superalliage base nickel. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation	PDF Télécharger (25MB) | Prévisualisation
Prévisualisation	PDF Télécharger (2MB) | Prévisualisation

Résumé

Cette étude avait pour but de caractériser les microstructures de joints brasés ayant pour métal de base de l’Inconel 625. Les brasures employées sont toutes utilisées en production chez Pratt & Whitney Canada et sont au nombre de huit : BCu-1, BAg-13a, BAu-4, BAu-6, Palnicro 36M, BNi-1a, BNi-2 et BNi-3. Une des contraintes importantes de cette étude a été de rester le plus proche possible de ce qui se fait en production afin de mieux comprendre le comportement des pièces de service par la suite.

Dans un premier temps, des essais de mouillage ont été réalisés dans le but de mieux connaître les alliages de brasage étudiés, certains ayant un comportement totalement inconnu. Les angles de mouillage et le diamètre d’étalement d’une goutte de brasure ont été relevés pour différentes combinaisons des paramètres de four de brasage. Ceci a été fait pour toutes les brasures. L’étude s’est poursuivie par une autre série d’essais destinés eux à l’observation et à la compréhension de la microstructure des joints brasés. Pour cela, l’écartement entre les deux plaquettes d’Inconel 625 variait entre 0 et 175 μm. De plus, deux temps de brasage ont été choisis : 15 et 150 minutes, permettant ainsi de couvrir une vaste gamme de cas présents dans le monde industriel. Pour caractériser ces microstructures, il a fallu identifier les phases en présence, les quantifier et enfin essayer de les nommer et/ou de les catégoriser. Toutes les analyses ont été faites grâce à des appareils sophistiqués comme le microscope électronique à balayage à cathode chaude ou encore la microsonde atomique, dû à la présence de bore dans certains alliages de brasage.

Les essais de mouillage ont permis de montrer que toutes les brasures possèdent un excellent mouillage avec un écoulement contrôlable lors de brasage sous vide en atmosphère partielle. Des valeurs de paramètres de four permettant d’optimiser le mouillage ont aussi été déterminées. Les analyses de caractérisation et d’identification de la microstructure ont mis en évidence une répartition du joint en différentes zones, souvent communes entres les brasures. Les brasures d’une même famille possèdent une microstructure avec de nombreux points communs d’un point de vue morphologique. Cependant, des spécificités sont propres à chacune ce qui pourra faire une différence sur le comportement mécanique de la pièce. Les brasures à base de nickel sont très complexes et forment des phases eutectiques binaires ou ternaires au milieu de phases simples et de phases précipitées. Les alliages à base d’or présentent une structure dite d’eutectique à très fines lamelles mais dont la répartition est particulière. L’alliage BAg-13a est lui principalement constitué d’une phase eutectique en « dentelle » et le BCu-1 montre simplement une solution solide de cuivre parsemée de petites phases riches en chrome sur la ligne centrale du joint.

Résumé traduit

The main goal of this study was the characterization of microstructures of brazed joints using Inconel 625 as base metal. The braze alloys of the study are used in production at Pratt & Whitney Canada and are: BCu-1, BAg-13a, BAu-4, BAu-6, Palnicro 36M, BNi-1a, BNi-2 and BNi-3. One of the requirements of the study was to stay close to what happens in production to have a better understanding of the mechanical and microstructural behavior of pieces on duty.

First, some tests were running about wetting in order to observe the behavior of the studied braze alloys, because some were totally unknown. The wetting angles and the diameter of the spreading of a braze alloy droplet were noted for different associations of brazing furnace parameters. This was made for all the braze alloys. The study went on with tests for the watching and the understanding of brazed microstructures. In order to study the evolution of microstructures and the impact of brazing parameters for a wide range of industrial cases, the gap of the joints had different values between 0 and 175 μm and the assemblies were brazed 15 or 150 minutes in furnaces. To characterize these microstructures, the phases of brazed joints needed to be identified, listed, quantified and finally named. All these analysis used sophisticated devices such as scanning electron microscope or electron probe microanalyzer because of the presence of boron, chemical element, in some braze alloys.

The wetting tests showed that all the braze alloys have an excellent wetting with a good flow for furnace brazing under partial pressure of inert atmosphere. Some values of furnace parameters were determined to optimize the wetting. The characterization of microstructures put in highlight that the joint had a repartition in different zones, often in common for the different braze alloys. The braze alloys of a same family have a very similar microstructure morphology but specificities are visible for each alloy and could make the difference for the mechanical behavior. Nickel braze alloys are very complex and comprise binary or ternary eutectic phases which go with other boride, silicide and precipitated phases. Gold base braze alloys show eutectic microstructures with very tiny needles of solid solutions of gold and nickel but with particular repartition. The Bag-13a alloy is mostly characterized by eutectic structure in lacelike whereas BCu-1 is made of a solid solution of copper with few scattered phases rich in chromium in the central line of the joint.

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. 173-176.
Mots-clés libres:	Joints brasés. Nickel. Alliages. Inconel. Brasage au four. Alliages réfractaires. Eutectiques. 625, Caractérisation, Microstructure, Mouillage, Superalliage
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Bocher, Philippe
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	21 oct. 2011 15:52
Dernière modification:	28 févr. 2017 22:11
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/911

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt