Influence de l'oxygène sur le comportement à la solidification d'aluminiures de titane binaires et alliés au niobium basés sur le composé intermétallique [gamma]-TiAI, Influence of oxygen on the solidification behaviour of binary and niobium containing gamma titanium aluminides

Julien Zollinger

Description

Sous la direction de Hervé Combeau, Dominique Daloz
Thèse soutenue le 08 juillet 2008: INPL
Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet européen IMPRESS, Intermetallic Materials Processing in Relation to Earth and Space Solidification. Elle porte sur la compréhension des mécanismes fondamentaux qui contrôlent la solidification de l’alliage Ti-46Al-8Nb envisagés pour le développement d’aubes de turbines. La première partie de cette étude caractérise l’influence de l’oxygène sur le comportement à la solidification d’alliages de base TiAl coulés et contenant de 40 a 48 at.% d’aluminium. L’addition d’oxygène augmente la fraction volumique de phase [alpha] formée pendant la solidification péritectique et conduit au changement de la phase primaire de solidification de la phase [bêta] à la phase [alpha] dans les alliages ternaires Ti-44,3Al-1,5O, Ti-47,7Al-0,8O et Ti-47,3Al-1,5O (at.%). Les coefficients de partage pour l’aluminium et l’oxygène kAl[alpha]/l= 0,9 et kO[alpha]/l = 1,29, ont été déterminés pour l’alliage ayant [alpha] comme phase primaire de solidification. Dans un deuxième temps, l’étude du comportement à la solidification de l’alliage Ti-46Al-8Nb, est décrite en portant une attention particulière sur les effets de la contamination et des conditions de croissance sur la formation des microstructures et des microségrégations. Deux comportements différents ont été mis en évidence : dans la phase primaire de solidification [alpha] rencontrée pour des hauts niveaux de contamination en oxygène, une très faible rétrodiffusion est observée. Pour de faibles quantités d’oxygène, la phase primaire de solidification est la phase [bêta]. Dans ce cas la présence d’oxygène induit une augmentation de l’amplitude de ségrégation malgré une forte rétrodiffusion dans la structure cubique centrée
-Solidification
-Microstructures
-Microségrégation
-Alliages TiAl
-Composés intermétalliques
This study was performed in the framework of the IMPRESS, Intermetallic Materials Processing in Relation to Earth and Space Solidification, and is dedicated to the understanding of the fundamental mechanisms that control solidification in a Ti-46Al-8Nb alloy selected for TiAl-based alloy turbine blade development. The first part of this work is devoted to study the influence of oxygen on the solidification behaviour of cast TiAl-based alloys containing from 40 to 48 at.% of Al. Increasing the oxygen content affects significantly the macrostructure of the as-cast ingots, increases volume fraction of the phase formed during the peritectic solidification and leads to a change of the [bêta] primary solidification phase to the [alpha] phase in the ternary Ti-44.2Al-1.4O, Ti-47.3Al-0.9O and Ti-47.2Al-1.5O (at.%) alloys. When [alpha] is the primary solidification phase, the partition coefficients has been determined as kAl[alpha]/l= 0,9 and kO(alpha]/l = 1,29. In a second part, the solidification behaviour of Ti-46Al-8Nb alloy is investigated, with a particular attention to the contamination and growth conditions effects on microstructures and microsegregation formations. For high contamination levels, the solidification phase is [alpha] where oxygen reduces solute mobility, leading to limited backdiffusion. In low oxygen containing alloys, [bêta] is the primary solidification phase, and oxygen leads to an extent of the segregation amplitude despite high level of back-diffusion in the bcc structure
-Solidification
-Microstructures
-Microsegregation
-TiAl-based alloys
-Intermetallic compounds
Source: http://www.theses.fr/2008INPL032N/document

Sujets

• Solidification

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 213
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 31 Mo

Extrait

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http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
These de Doctorat
de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Spécialité Science et Ingénierie des Matériaux
Ecole Doctorale EMMA
Laboratoire de Science et Génie de Matériaux et de Métallurgie
Présentée par
Julien ZOLLINGER
Pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Influence de l’oxygène sur le comportement
à la solidification d’aluminiures de titane
binaires et alliés au niobium basés sur le
composé intermétallique -TiAl
Soutenue publiquement le 8 Juillet 2008
Devant la commission d’examen composée de:
Président A. Hazotte Professeur, Université Paul Verlaine
J. Lacaze Directeur de Recherche, CNRS
Rapporteurs
M. Rappaz Professeur, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
H. Combeau Professeur, ENSMN - Directeur de Thèse
Examinateurs eD. Daloz M de Conférence, INPL - Co-directeur de ThèseThese de Doctorat
de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Spécialité Science et Ingénierie des Matériaux
Ecole Doctorale EMMA
Laboratoire de Science et Génie de Matériaux et de Métallurgie
Présentée par
Julien ZOLLINGER
Pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Influence de l’oxygène sur le comportement
à la solidification d’aluminiures de titane
binaires et alliés au niobium basés sur le
composé intermétallique -TiAl
Soutenue publiquement le 8 Juillet 2008
Devant la commission d’examen composée de:
Président A. Hazotte Professeur, Université Paul Verlaine
J. Lacaze Directeur de Recherche, CNRS
Rapporteurs
M. Rappaz Professeur, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
H. Combeau Professeur, ENSMN - Directeur de Thèse
Examinateurs eD. Daloz M de Conférence, INPL - Co-directeur de Thèsei
A Valentine,
A mes parents,
A ma Mémé.iiiii
« Il ne sert à rien de dire "Nous avons fait de notre mieux".
Il faut réussir à faire ce qui est nécessaire. ».
Winston Churchill
« Commence par faire le nécessaire, puis fait ce qu’il est possible
de faire et tu réaliseras l’impossible sans t’en apercevoir. ».
Saint François d’Assiseivv
Avant-Propos
Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au Laboratoire de Science et Génie des
Matériaux et de Métallurgie, à l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Nancy. Je tiens
à exprimer ma sincère gratitude à Messieurs Jean-Marie Dubois et Pierre Archambault,
Directeurs, pour m’avoir accueilli au sein de leur laboratoire.
Je suis infiniment reconnaissant envers messieurs Alain Hazotte, Professeur à l’Univer-
sité Paul Verlaine de Metz, Michel Rappaz, Professeur à l’Ecole Polytechnique Fédérale de
Lausanne, et Jacques Lacaze, Directeur de Recherche au CNRS, d’avoir accepté de rap-
porter mon travail. Je leur renouvelle mes plus sincères remerciements pour la qualité et
la rigueur avec laquelle ils ont examinés ce manuscrit, malgré un emploi du temps qui le
leur permettait difficilement.
Je ne sais comment exprimer ma reconnaissance à Messieurs Hervé Combeau et Do-
minique Daloz, Directeur et Co-Directeur de Thèse, sans qui ce travail n’aurait pu voir
le jour. C’est grâce à la qualité et à la convivialité de leur encadrement au cours de ces
quatre années de DEA et de doctorat que j’ai décidé de faire de la recherche mon métier.
La liberté qu’ils m’ont accordée et la confiance qu’ils m’ont témoignée est une chance et
un cadeau dont j’espère avoir été digne. Plus particulièrement, je remercie Monsieur Hervé
Combeau pour ses précieux enseignements et conseils, pour avoir partagé ses connaissances
avec moi et de ce fait, pour sa patience. Encore une fois, je remercie Monsieur Dominique
Daloz qui est pour moi un modèle et qui fut plus qu’un encadrant à bien des égards, et
dont je saurais me souvenir de l’amitié et du soutien qu’il m’a témoigné dans les moments
difficiles.
Je tiens également à adresser mes plus vifs remerciements à Monsieur Gérard Lesoult
pour m’avoir accueilli au sein du Groupe Thématique « Solidification », ainsi que pour
les enseignements dispensés au cours de la préparation du DEA et pour avoir partagé son
expérience au cours du doctorat.
Par ces remerciements, je ne saurais oublier les membres du GT2, en particulier Gé-
raldine Georges pour son soutien presque quotidien et Claude Bourgraff, qui m’a permis
d’apprendre davantage que je ne l’aurais souhaité.
J’adresse également toute ma gratitude et mon amitié à tous les membres du LSG2M,
je pense en particulier à David Bonina et Jean-Pierre Houin pour leur aide et pour la
convivialité de nos interactions, au staff administratif composé de Géraldine, Anne-Marie,
Laurence, Martine, Josette, Liliane et Robert. Les litres de café et les moments conviviaux
que nous avons partagé resteront inoubliables. Je ne saurais oublier les membres du CRITT
Metall 2T, Cédric et Michael pour leurs précieux conseils et leur bonne humeur. Je remercie
également Pascal Martin et Sylvain Weber, du LPM, pour leur aide et leur gentillesse.
Je remercie l’ensemble des thésards du LSG2M, LPM et LSGS qui ont croisés ma route
au cours de ces années, pour les agréables moments passés en leur compagnie, et pour la
convivialité qu’ils m’ont apporté au laboratoire et en dehors. Je pense en particulier à ma
« promotion », Olivier, Fabien, Raymond, Emile et Valentine.
Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet européen « Intermetallic Materials
Processing in Relation to Earth and Space Solidification », auquel je suis heureux d’avoir