L'amélioration des performances des moteurs en aéronautique impose une augmentation des températures de fonctionnement. Ainsi, les alliages composant les pièces du moteur sont soumis à des conditions de plus en plus critiques. Les durées de vie classiques des pièces en aéronautique sont de plusieurs dizaines d'années. Cependant, certaines applications sont en marge des conceptions classiques de l'aéronautique. Des applications de courtes durées de vie en aéronautique justifient la caractérisation à plus hautes températures d'alliages existants et maitrisés et non l'élaboration de nouveaux alliages. C'est dans cette optique que ce déroulent les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit. L'alliage Ti-6Al-4V (TA6V) forgé de microstructure duplex est l'alliage de titane le plus couramment utilisé en aéronautique et son utilisation est généralement limitée autour de 350°C lors de durées de vie classiques. Dans le but d'utiliser cet alliage pendant une dizaine d'heure, l'étude menée consiste à caractériser le TA6V de 20°C à 600°C. La caractérisation se penche, dans un premier temps, sur l'état métallurgique de la matière initiale issue du galet forgé et sur sa stabilité en température. Ensuite, le comportement mécanique du TA6V est étudié de 20°C à 600°C en traction, mettant en évidence une sensibilité de la contrainte d'écoulement à la vitesse de déformation dépendant de la température du fait des phénomènes de vieillissement dynamique. La caractérisation du comportement mécanique est poursuivie par des essais de fluage sur toute la gamme de température. Ces essais montrent différents comportements en fonction de la température. La matière déformée en traction et en fluage est analysée en microscopie électronique en transmission afin d'apporter des informations sur les mécanismes de déformation gouvernant les différents comportements de l'alliage. La mise en relation du comportement mécaniques avec la détermination des mécanismes de déformation conduit à une discussion sur le comportement viscoplastique du TA6V, pour finalement aboutir à une proposition de modélisation du fluage du TA6V de 20°C à 600°C. |
Working temperature increase is needed to improve aeronautic engine performance. Following this approach, alloys are used in more and more critical conditions. Classical life time of aeronautic parts lasts several decades. However, some applications are on the fringe of this classical life time design. Short life applications justify characterization at higher temperatures of well known alloys and not developing new alloys. The presented study in this manuscript is included within this frame of short life applications. Forged Ti-6Al-4V (Ti-64) alloy with a bimodal microstructure is the most common titanium alloy in aeronautic and is usually limited to 350°C applications during classical life time. In order to use this alloy during a ten hour application, this thesis consists in characterizing Ti-64 from 20°C to 600°C. In a first time, characterization is focus on initial metallurgical state coming from a forged roller and on its thermal stability. Then, mechanical behavior of Ti-64 is studied by tensile testing from 20°C to 600°C, putting in relief strain rate sensitivity (SRS) of flow stress. SRS is depending on temperature. This dependency is usually due to dynamic strain ageing phenomenon. Mechanical behavior characterization continues with creep testing on the full range of temperature. Different behaviors versus temperature are revealed. Deformed samples by tensile testing and creep testing are analyzed by transmission electronic microscopy to bring information about deformation mechanisms controlling the different behaviors of the alloy. Mechanical behavior in relation to deformation mechanisms determination leads to a discussion about viscoplasticity of Ti-64, and finally results in a proposal modeling creep behavior of Ti-64 from 20°C to 600°C. |