Analysis of Damaging Processes at Grain Boundaries in Nickel Based Superalloys
Analyse des processus d’endommagement aux joints de grains dans les superalliages base Nickel
Résumé
Nickel-based superalloys used in turbine disks are subjected to severe stresses ranging from creep to fatigue at temperatures up to 700°C. Under these conditions, the literature shows that grain boundaries are the weakest structural element. Depending on these conditions, the grain boundaries can slide, transmit or accumulate deformation and are favorable locations for oxidation. Thus, intergranular damage is closely related to these deformation processes.The purpose of this work is to contribute to the understanding of the deformation and damage mechanisms that occur at grain boundaries. To study quantitatively the early stages of plasticity and damage, a new non-contact measurement approach taking into account displacement discontinuities is presented: Heaviside-DIC. It was validated before being used in the study of high temperature inter and intragranular sliding. Afirst qualitative study has shown greater intergranular damage in creep at 700°C / 700 MPa compared to tension at different temperatures. The implementation of H-DIC at 2 scales coupled with EBSD, allowed to identify a detrimental microstructural configuration in turbine disks polycrystalline superalloys: coherent twin boundaries. Comparison with a turbine blade columnar superalloy with no twins confirms these observations.In this light, and based on literature, a scenario explaining the transition between deformation and intergranular damage is proposed.
Les superalliages base Nickel employés dans les disques de turbine sont soumis à des sollicitations sévères allant du fluage à la fatigue à des températures pouvant atteindre 700°C. Dans ces conditions, la littérature montre que les joints de grains sont l’élément structural le plus faible. En fonction de ces conditions, les joints de grains peuvent glisser, transmettre ou accumuler de la déformation et s’oxyder. Ainsi,l’endommagement intergranulaire est étroitement lié à ces processus de déformation.L’objectif de ces travaux est de contribuer à la compréhension des mécanismes de déformation et d’endommagement qui ont lieu aux joints de grains. Pour étudier de manière quantitative les premiers stades de plasticité et d’endommagements, une nouvelle approche de mesure sans contact prenant en comptes les discontinuités de déplacement est présentée : la Heaviside-DIC. Celle-ci a fait l’objet d’une validation avant d’être utilisée dans l’étude du glissement inter et intragranulaire à haute température. Une première étude qualitative a permis de mettre en évidence des endommagements intergranulaires plus importants en fluage à 700°C/700 MPa comparé à la traction à différentes températures. La mise en œuvre de la H-DIC à 2échelles couplée à l’EBSD, a permis d’identifier une configuration microstructurale néfaste dans les superalliages polycristallins pour disques de turbine : les joints de macles cohérents. La comparaison à un superalliage colonnaire pour aubes ne possédant aucun joint de macle confirme ces observations.A la lumière de ces résultats et en s’appuyant sur des travaux de la littérature, un scénario permettant d’expliquer la transition entre déformation et endommagement intergranulaire est proposé.
Origine : Version validée par le jury (STAR)