Caractérisation du comportement et de l'endommagement de l'alliage de titane Ti-10V-2Fe-3AI en fatigue PDF Download
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Book Description
Les travaux portent sur l'alliage -métastable Ti-10V-2Fe-3Al. L'objectif est d'évaluer les conséquences sur la tenue en fatigue de variations structurales rencontrées dans les pièces issues de forgeage, réalisées pour des applications du secteur aéronautique. L'analyse du comportement est réalisée dans le domaine de la fatigue oligocyclique, par le biais d'un modèle viscoplastique, et par l'approche physique proposée par Cottrell. Les deux méthodes conduisent à l'interprétation du comportement macroscopique en termes de contraintes internes représentant les incompatibilités de déformation, et de contrainte effective traduisant les interactions à courte distance, dans le matériau. L'adoucissement cyclique macroscopique de l'alliage est porte par ces deux composantes de la contrainte. La corrélation avec les phénomènes microstructuraux est réalisée à l'aide de la microscopie électronique par transmission permettant l'analyse des modes de déformation qui sont confines dans la phase alpha primaire. Le comportement est ainsi associé au phénomène d'annihilation de dislocations facilité par le glissement dévié et a l'homogénéisation progressive de l'écoulement dans la microstructure. Les processus d'apparition du dommage sont observés en microscopie électronique à balayage, sur des échantillons sollicités en fatigue oligocyclique et en endurance. Les fissures se forment systématiquement en surface, aux interfaces entre les particules alpha primaire et la matrice bêta transformée. Les résultats permettent de déterminer et de caractériser l'influence de la microstructure sur l'amorçage des fissures de fatigue. Ceci a par ailleurs été modélisé et analyse par éléments finis. L'apparition du dommage est fortement influencée par le comportement plastique de la phase alpha primaire et par l'état local d'incompatibilités de déformation. Le travail conclut sur l'évaluation d'une possible mise en relation entre la durée de vie en fatigue et l'état de contraintes internes dans le matériau.
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Les travaux portent sur l'alliage -métastable Ti-10V-2Fe-3Al. L'objectif est d'évaluer les conséquences sur la tenue en fatigue de variations structurales rencontrées dans les pièces issues de forgeage, réalisées pour des applications du secteur aéronautique. L'analyse du comportement est réalisée dans le domaine de la fatigue oligocyclique, par le biais d'un modèle viscoplastique, et par l'approche physique proposée par Cottrell. Les deux méthodes conduisent à l'interprétation du comportement macroscopique en termes de contraintes internes représentant les incompatibilités de déformation, et de contrainte effective traduisant les interactions à courte distance, dans le matériau. L'adoucissement cyclique macroscopique de l'alliage est porte par ces deux composantes de la contrainte. La corrélation avec les phénomènes microstructuraux est réalisée à l'aide de la microscopie électronique par transmission permettant l'analyse des modes de déformation qui sont confines dans la phase alpha primaire. Le comportement est ainsi associé au phénomène d'annihilation de dislocations facilité par le glissement dévié et a l'homogénéisation progressive de l'écoulement dans la microstructure. Les processus d'apparition du dommage sont observés en microscopie électronique à balayage, sur des échantillons sollicités en fatigue oligocyclique et en endurance. Les fissures se forment systématiquement en surface, aux interfaces entre les particules alpha primaire et la matrice bêta transformée. Les résultats permettent de déterminer et de caractériser l'influence de la microstructure sur l'amorçage des fissures de fatigue. Ceci a par ailleurs été modélisé et analyse par éléments finis. L'apparition du dommage est fortement influencée par le comportement plastique de la phase alpha primaire et par l'état local d'incompatibilités de déformation. Le travail conclut sur l'évaluation d'une possible mise en relation entre la durée de vie en fatigue et l'état de contraintes internes dans le matériau.
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NOUS AVONS ETUDIE LE ROLE DES PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX DANS LES PROCESSUS D'ENDOMMAGEMENT PAR FATIGUE DE L'ALLIAGE BETACEZ (TI-5AL-2SN-4ZR-4MO-2CR-1FE), ALLIAGE DE TITANE RICHE EN ELEMENTS BETAGENES DONT LE FORGEAGE EN BETA GENERE DES STRUCTURES LAMELLAIRES DE TYPE ALPHA (W + GB). CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS UN OBJECTIF D'OPTIMISATION DES MICROSTRUCTURES VIS A VIS DE LA TENUE EN FATIGUE DU BETACEZ. AU COURS DE CETTE ETUDE NOUS NOUS SOMMES INTERESSES AU DOMAINE DE LA FATIGUE OLIGOCYCLIQUE 10#2-10#5 CYCLES EN EXPLORANT PLUS PARTICULIEREMENT LE DOMAINE PSEUDO-ELASTIQUE DANS LEQUEL LE ROLE DE LA MICROSTRUCTURE SUR LA RESISTANCE A LA FATIGUE EST TRES MARQUE. POUR LES FORTES AMPLITUDES DE SOLLICITATION (FATIGUE PLASTIQUE), NOUS AVONS ANALYSE L'EVOLUTION DES PARAMETRES MECANIQUES CYCLIQUES (CONTRAINTES OU DEFORMATIONS PLASTIQUES) DANS LES DIFFERENTES STRUCTURES DE BETACEZ ET LEUR RELATION AVEC LA DUREE DE VIE ENTRE 20C ET 500C. DANS LE DOMAINE PSEUDO-ELASTIQUE, UN GRAND INTERET A ETE PORTE AUX CONDITIONS MICROSTRUCTURALES GOUVERNANT L'AMORCAGE ET LA CROISSANCE DES FISSURES EN EXAMINANT EGALEMENT L'INFLUENCE DE LA TEMPERATURE (20C-300C) ET DE L'ENVIRONNEMENT (AIR-VIDE) SUR LA RESISTANCE A LA FATIGUE. UNE MODELISATION DES CINETIQUES DE CROISSANCE DES PETITES FISSURES A ETE PROPOSEE, EN TENANT COMPTE DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES ET DES DIMENSIONS DES PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX DES DIFFERENTS MATERIAUX
Author: Kacem El Alami Idrissi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 121
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La présente étude porte sur le comportement et de l'endommagement en fatigue vibratoire de l'alliage de titane TA6V, matériau utilisé dans le domaine de l'aéronautique en régime vibratoire. Outre la mise au point des méthodes d'essai adéquates, nous présentons dans ce mémoire d'une part, les résultats de fissuration du ta6v a haute fréquence, a la température ambiante et pour un rapport de charge R compris entre -1 et 0,9, d'autre part les mécanismes d'endommagement du TA6V lorsqu'une vibration de 20 khz se combine à un cycle de fatigue lente. Enfin, nous étudions le comportement du TA6V sous un chargement d'amplitude variable, notamment l'effet de surcharge et l'influence d'une réduction rapide du facteur d'intensité de contraintes. Les résultats obtenus ont été confrontés à des résultats de fatigue conventionnelle. Les mécanismes d'endommagement ont été mis en évidence grâce à des analyses métallographiques et microfractographiques au MEB. Lorsque la comparaison est possible, les mécanismes mis en jeu sont les mêmes en fatigue vibratoire et en fatigue conventionnelle.
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CETTE RECHERCHE PORTE SUR L'ETUDE SPECIFIQUE DES STRUCTURES AIGUILLEES DANS LE CAS DE L'ALLIAGE DE TITANE TI-6AL-2SN-4ZR-6MO. ELLE A POUR OBJECTIF DE DEGAGER LES PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX QUI CONTROLENT L'ENDOMMAGEMENT DE CET ALLIAGE EN FATIGUE VIBRATOIRE A 20 KILOHERTZ, AUX TEMPERATURES DE SOLLICITATION DE 77 K ET 300 K. CES STRUCTURES AIGUILLEES SONT ISSUES DE TRAITEMENTS THERMOMECANIQUES OU DE TRAITEMENTS THERMIQUES COMPORTANT UN PASSAGE DANS LE DOMAINE BETA. LA CARACTERISATION MICROSTRUCTURALE SE FAIT A DIFFERENTES ECHELLES: FIBRAGE, TAILLE DES EX-GRAINS BETA, MORPHOLOGIES DE LA PHASE ALPHA PRIMAIRE ISSUE DU FORGEAGE ET CELLE ISSUE DES TRAITEMENTS THERMIQUES, PRECIPITATION FINE APPARAISSANT PAR DECOMPOSITION DE LA PHASE BETA LORS DU REVENU. PAR AILLEURS, LE COMPORTEMENT DE CE TYPE D'ALLIAGE EN FATIGUE VIBRATOIRE A TRES HAUTE FREQUENCE EST PEU DOCUMENTE. LA COMPARAISON SUR DIFFERENTES GAMMES DE TRAITEMENTS THERMOMECANIQUES DES RESULTATS DES ESSAIS DE FATIGUE ET DE LA QUANTIFICATION DES MICROSTRUCTURES ONT ABOUTI A UNE MEILLEURE COMPREHENSION DES MEANISMES D'ENDOMMAGEMENT DANS LE CAS DE CES STRUCTURES AIGUILLEES ET A LA DETERMINATION DE LOIS DE COMPORTEMENT SIMPLES DERIVEES DE LA LOI DE HALL ET PETCH
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LE 6246 EST UN ALLIAGE DE TITANE BIPHASE UTILISE DANS LES MOTEURS AERONAUTIQUES. NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DE LA MICROSTRUCTURE SUR LE COMPORTEMENT MECANIQUE MACROSCOPIQUE, PARTICULIEREMENT EN TENACITE ET EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE ENTRE 20#OC ET 500#OC. DES CALCULS PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS ONT MONTRE QUE LES INCOMPATIBILITES MECANIQUES DUES AU BIPHASAGE DU MATERIAU NE RENDENT PAS COMPTE DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. LES ORIGINES SE TROUVENT A L'ECHELLE DES MODES DE DEFORMATION MONOTONES ET CYCLIQUES DE LA PHASE ALPHA. CEUX-CI ONT ETE IDENTIFIES EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE EN TRANSMISSION. LES HETEROGENEITES DE PERFORMANCES EN TENACITE DES STRUCTURES ACICULAIRES ONT ETE EXAMINEES EN RELATION AVEC LA MORPHOLOGIE DE LA PHASE ALPHA. LES RESULTATS INDIQUENT UNE CORRELATION ENTRE LES VALEURS DE TENACITE ET LE FACTEUR D'ELANCEMENT ET SUGGERENT DE RECOURIR A DES METHODES D'APPROCHE LOCALE POUR RESOUDRE CE PROBLEME DANS SON ENSEMBLE. L'ETUDE DU COMPORTEMENT EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE A MONTRE QUE SELON LES CONDITIONS DE SOLLICITATION (NOTAMMENT DE TEMPERATURE), LE MEME PHENOMENE D'ADOUCISSEMENT PEUT AVOIR DES ORIGINES STRUCTURALES DIVERSES LIEES AUX CONFIGURATIONS DE DISLOCATIONS. A 20#OC, CE SONT LES INCOMPATIBILITES DE DEFORMATIONS DUES A LA DEFORMATION HETEROGENE QUI SONT EN CAUSE, A 500#OC, C'EST LA DESTRUCTION DES ZONES D'ORDRE PAR CISAILLEMENT
Author: Pierre Lefranc Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 278
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Cette thèse vise à améliorer la compréhension du phénomène appelé « dwell-effect », observé sur la plupart des alliages de titane, consistant en une chute de durée de vie en fatigue suite à l’introduction de temps de maintien à la charge maximale du cycle de fatigue. Cette étude a permis de montrer que ce phénomène résulte d’un amorçage plus précoce et d’une fissuration plus rapide sous chargement de fatigue-dwell. Les analyses menées sur les éprouvettes de fatigue et de fluage ont révélé que l’activation de glissements basal ou pyramidal peut être à l’origine d’un endommagement interne par formation de cavités. De plus, cette étude montre que l’hydrogène interne, dans la gamme de teneurs 30-300 ppm, a un effet bénéfique sur les durées de vie, sans pour autant modifier les mécanismes de déformation et d’endommagement. Pour une teneur inférieure à 150 ppm, cet effet bénéfique peut être expliqué par l’augmentation de la limite élastique avec la teneur en hydrogène ; au-delà de cette teneur, l’accroissement de la limite d’élasticité ne suffit plus à expliquer l’effet bénéfique de l’hydrogène sur les durées de vie en fatigue. Les différents essais de fissuration ont montré que l’augmentation de la vitesse de fissuration sous air sous chargement de fatigue-dwell est le résultat de la combinaison des effets néfastes de l’environnement et de l’hydrogène interne. Le rôle exact de l’hydrogène reste à préciser mais il pourrait être à l’origine de la formation de micro fissures dans les zones de forte triaxialité de contraintes. Des analyses par micro empreintes montrent que l’hydrogène passe de la phase b à la phase a au niveau des bandes de glissement, via les dislocations. Enfin, l’intégration des lois de fissuration permet de reproduire convenablement l’évolution de la longueur d’une entaille au cours d’essais de fatigue.
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LES ALLIAGES DE TITANE SONT UTILISES DANS LE DOMAINE AERONAUTIQUE POUR LEUR LEGERETE ET LEUR BONNE RESISTANCE A HAUTE TEMPERATURE. L'OBJECTIF DE LA PRESENTE ETUDE EST DE DETERMINER LES FACTEURS GOUVERNANT LA RESISTANCE A LA FATIGUE DE DEUX ALLIAGES DE TITANE : LE TI 6246 (ALLIAGE ALPHA/BETA FORGE BETA) ET L'IMI 834 (ALLIAGE QUASI-ALPHA). LE PREMIER A PERMIS D'ETABLIR L'EFFET DE LA TEMPERATURE (DE 20C A 500C) ET DE L'ENVIRONNEMENT (AIR-VIDE) POUR DES DUREES DE VIE INFERIEURES A 10#7 CYCLES. LES TRAVAUX EFFECTUES ONT PERMIS DE CERNER L'INFLUENCE DES PARAMETRES MECANIQUES ET MICROSTRUCTURAUX SUR LES DIFFERENTS STADES DE L'ENDOMMAGEMENT (AMORCAGE ET PROPAGATION DES FISSURES). LES OBSERVATIONS FRACTOGRAPHIQUES ONT REVELE UNE MODIFICATION DES PROCESSUS D'AMORCAGE (PASSAGE D'UNE RUPTURE PROVENANT DE LA SURFACE DE L'ECHANTILLON A UNE RUPTURE INTERNE) SELON LE NIVEAU DE LA CONTRAINTE APPLIQUEE QUELLES QUE SOIENT LES CONDITIONS DE TEMPERATURE ET D'ENVIRONNEMENT. CETTE MODIFICATION CONDITIONNE TRES FORTEMENT LE COUPLAGE ENDOMMAGEMENT-ENVIRONNEMENT ET DONC LA RESISTANCE DU MATERIAU. L'EFFET MARQUE DE L'ENVIRONNEMENT A HAUTE TEMPERATURE RESULTE DES INTERACTIONS ENTRE LES PROCESSUS D'OXYDATION ET/OU LA DISSOCIATION DE LA VAPEUR D'EAU ET LE NIVEAU DE DEFORMATION PLASTIQUE CYCLIQUE. IL A ETE MONTRE QUE LA COUCHE D'OXYDE SEULE NE PEUT EXPLIQUER L'ABAISSEMENT DE LA RESISTANCE A L'AMORCAGE. LES RESULTATS A 500C OBTENUS SUR LE SECOND ALLIAGE (IMI 834) DONT LES CONDITIONS MICROSTRUCTURALES SONT DIFFERENTES DU TI 6246 ONT PERMIS DE CONFORTER CES ANALYSES.
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LE COMPORTEMENT EN FATIGUE OLIGOCYCLIQUE D'ALLIAGES BIPHASES TA6V FORGES A ETE ETUDIE DANS L'AIR ET SOUS VIDE A 20C ET 300C. DEUX FAMILLES D'ALLIAGES TRAITES THERMOMECANIQUEMENT DANS LE DOMAINE ALPHA, BETA, L'UNE BIMODALE ET L'AUTRE GLOBULAIRE ONT ETE COMPAREES; POUR CHACUNE DE CES FAMILLES UNE NUANCE A STRUCTURE PUREMENT EQUIAXE ET UNE STRUCTURE PLUS ANISOTROPE ONT ETE ETUDIEES. LE COMPORTEMENT CYCLIQUE AUX DEUX TEMPERATURES EXTREMES D'UTILISATION DANS LES MOTEURS D'AVION, 20C ET 300C, A D'ABORD ETE DETERMINE SOUS VIDE AFIN DE DECOUPLER L'EFFET DE LA TEMPERATURE DE L'EFFET DE L'ENVIRONNEMENT QUI INTERVIENNENT SIMULTANEMENT LORS DES ESSAIS SOUS AIR. LES EFFETS DE LA TEMPERATURE ET DE L'ENVIRONNEMENT AINSI QUE LEURS INTERACTIONS ONT ETE MIS EN EVIDENCE ET INTERPRETES A TRAVERS L'ANALYSE DE L'ENDOMMAGEMENT SURFACIQUE DES EPROUVETTES PAR MICROSCOPIE ELECTRONIQUE A BALAYAGE. LE SUIVI DE LA CROISSANCE DES FISSURES AU COURS DU CYCLAGE A PERMIS DE DISCERNER L'IMPORTANCE RELATIVE DE L'AMORCAGE ET DE LA PROPAGATION DES FISSURES COURTES POUR LES DIFFERENTES NUANCES ET CONDITIONS D'ESSAI, ET D'ETABLIR UN LIEN ENTRE CES CARACTERISTIQUES ET LA MICROSTRUCTURE DU TA6V. PAR AILLEURS UNE ANALYSE MECANIQUE DE LA PROPAGATION DES FISSURES A ETE EFFECTUEE EN RELIANT LA CROISSANCE DES FISSURES A L'AMPLITUDE DE LA DEFORMATION PLASTIQUE OU A L'AMPLITUDE DU FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTES. UN RAPPROCHEMENT DU COMPORTEMENT DES FISSURES COURTES A ETE ETABLI AVEC CELUI DES FISSURES LONGUES
Author: Denis Luquiau
Author: Denis Luquiau
Author: Evalo Awade
Author: Kacem El Alami Idrissi
Author: Benjamin Ellyson
Author: GILLES.. JAGO
Author: ANNE-SOPHIE.. BERANGER
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Author: Sandrine Mailly
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