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Mesure et Evolution des gradients de propriétés mécaniques dans le système superalliage à base de nickel MC2 revêtus McrAlY

机译:MC2镍基高温合金涂层McrAlY中机械性能梯度的测量和演变

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摘要

Les superalliages monocristallins à base de nickel sont couramment utilisés dans la fabrication des aubes de turbines à gaz aéronautiques. En service, ces pièces mécaniques sont soumises à des sollicitations mécaniques et thermiques sévères. La composition chimique et la microstructure de ces superalliages monocristallins ont été optimisées à travers différentes générations d'alliages dans le but de résister au fluage à des températures supérieures à 1100°C. Pour protéger ces matériaux des agressions environnementales (oxydation isotherme et cyclique à très haute température, corrosion à moyenne et haute température), les aubes de turbine sont généralement revêtues d'une couche de NiAlPt ou de MCrAlY (M=Ni, Co). Le procédé de dépôt et les traitements thermomécaniques entrainent la formation d'une zone d'interdiffusion entre le revêtement et le substrat. De plus, la microstructure des différentes zones (le superalliage, le revêtement et la zone d'interdiffusion) évolue en service du fait de l'effet combiné des sollicitations mécaniques et thermiques. De telles évolutions sont susceptibles d'affecter localement les propriétés mécaniques des aubes de turbine. Les revêtements MCrAlY ont fait l'objet de nombreuses études portant sur l'oxydation et la corrosion à haute température. L'abattement des propriétés mécaniques du superalliage du fait de la présence du revêtement a été largement étudié sur le système complet, c'est à dire le superalliage revêtu. Ces études ont eu pour but d'estimer une épaisseur de superalliage qui soit considérée comme non porteuse de la charge, et ce indépendamment de la taille de la zone d'interdiffusion. L'affinement des modèles prédictifs de comportement mécanique et de durée de vie des matériaux requiert une base de données relative aux propriétés locales et à leur évolution au cours du vieillissement. Ces données n'étaient pas disponibles jusqu'à ce jour. Ce travail a donc porté sur la caractérisation microstructurale et mécanique de la zone d'interdiffusion du système MC2 revêtu de NiCoCrAlYTa par co-déposition électrolytique. Des éprouvettes de traction ont été extraites des différentes zones de ce système à gradient de propriétés à l'état de réception et aussi dans des états vieillis avec ou sans contrainte appliquée. Elles ont été ensuite testées mécaniquement à haute température dans des conditions environnementales optimisées de façon à limiter les effets induits par l'oxydation sur le comportement mécanique d'éprouvettes aussi minces. Ces échantillons de 20 à 400 μm d'épaisseur ont été obtenus en utilisant une machine de rodage afin de limiter l'impact de la méthode d'usinage sur l'état de contrainte résiduel. Deux bancs d'essais mécaniques ont spécialement été développés dans le cadre de cette étude pour réaliser des essais de fluage et de traction sur ces échantillons ultra-minces sous atmosphère contrôlée jusqu'à 1200°C. Les résultats obtenus sur ces échantillons minces ont été comparés aux résultats d'essais conduits sur des éprouvettes massives. L'effet « paroi mince » a été exploré parallèlement afin de statuer sur la possibilité d'utiliser ces données pour décrire le gradient de comportement du système.
机译:单晶镍基高温合金通常用于制造航空燃气轮机叶片。在使用中,这些机械零件要承受严重的机械应力和热应力。这些单晶高温合金的化学成分和微观结构已通过不同代数的合金进行了优化,以抵抗1100°C以上的温度蠕变。为了保护这些材料免受环境侵害(非常高的温度下的等温和循环氧化,中等和高温下的腐蚀),涡轮机叶片通常涂有一层NiAlPt或MCrAlY(M = Ni,Co)。沉积过程和热机械处理导致在涂层和基材之间形成互扩散区。此外,由于机械应力和热应力的共同作用,不同区域(高温合金,涂层和互扩散区域)的微观结构在使用中逐渐发展。这种变化可能会局部影响涡轮叶片的机械性能。 MCrAlY涂层已成为高温下氧化和腐蚀的众多研究的主题。由于存在涂层而导致的超级机械性能的降低已经在整个系统上进行了广泛的研究,也就是说,涂层的超级合金。这些研究的目的是估计不管相互扩散区​​的大小如何,都被认为是非承重的高温合金的厚度。机械性能和材料寿命的预测模型的完善需要与局部特性及其在老化过程中的演变有关的数据库。这些数据迄今尚未可用。因此,这项工作着重于通过电解共沉积法涂覆了NiCoCrAlYTa的MC2系统的互扩散区的微观结构和力学特性。从该系统的各个区域中提取具有在接收状态下以及在有或没有施加应力的老化状态下具有梯度特性的拉伸试样。然后在优化的环境条件下对它们进行高温机械测试,以限制氧化引起的对此类薄样品机械性能的影响。使用研磨机获得这些20至400μm厚的样品,以限制加工方法对残余应力状态的影响。作为本研究的一部分,专门开发了两个机械测试台,以在高达1200°C的受控气氛下对这些超薄样品进行蠕变和拉伸测试。将在这些稀薄样品上获得的结果与在大量样品上进行的测试结果进行比较。为了确定使用这些数据描述系统行为梯度的可能性,并行研究了“薄壁”效应。

著录项

  • 作者

    Texier Damien;

  • 作者单位
  • 年度 2013
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