Soutenance de thèse de Federico Orlacchio

Evolution de la microstructure du superalliage à base nickel γ-γ’ René 65 au cours de sa mise en forme pour la fabrication de disques de turbine

Federico Orlacchio a réalisé sa recherche doctorale dans l’équipes de recherche MSR, supervisé par Marc Bernacki, Daniel Pino Munoz et Madeleine Bignon, dans le cadre d’une convention CIFRE avec SAFRAN. Il soutient sa thèse de doctorat en Mécanique Numérique et Matériaux le 5 décembre 2024 devant le jury suivant :

Mme Florence PETTINARI-STURMEL Université Paul Sabatier et CNRS Rapporteure

M. Guillaume KERMOUCHE École des Mines de Saint-Étienne Rapporteur

M. Alain HAZOTTE Univeristé de Lorraine Examinateur

M. Bernard VIGUIER CIRIMAT – INP/ENSIACET, Université de Toulouse Examinateur

M. Marc BERNACKI PSL MINES Paristech, CEMEF Examinateur

M. Daniel PINO MUÑOZ PSL MINES Paristech, CEMEF Examinateur

Mme Madeleine BIGNON PSL -MINES Paristech, CEMEF Examinatrice

Mme Nathalie BOZZOLO Safran Tech Examinatrice

M. Chi-Toan NGUYEN Safran Tech Invité

Résumé de son travail de recherche :

Les superalliages à base nickel sont des matériaux métalliques de haute performance offrant d’excellents propriétés mécaniques à hautes températures. Pour cette raison, ils sont largement utilisés dans l’industrie aérospatiale pour les parties les plus chaudes et les plus sollicitées des turboréacteurs. Afin d’augmenter la température de fonctionnement et, en même temps, de réduire la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre, le superalliage polycristallin à base nickel γ-γ’ René 65 a été choisi pour la fabrication de certains disques de turbine des turboréacteurs de nouvelle génération. Cette famille de superalliages présente, en service comme lors de la mise en forme à chaud, deux phases distinctes, nommées γ, solution solide riche en Ni, et γ’, composé intermétallique avec composition stœchiométrique Ni3(Al,Ti). Lors de la mise en forme, les deux phases peuvent évoluer simultanément, avec des cinétiques comparables et différents mécanismes d’interactions possibles tels que l’ancrage de Smith-Zener et la recristallisation en hétéroépitaxie, rendant l’étude des évolutions de microstructures sous-jacentes complexe et ambitieuse. L’objectif principal de ce travail est l’étude des évolutions microstructurales à l’œuvre lors des différentes opérations de forgeage à chaud pour les deux phases, γ et γ’, avec une approche principalement expérimentale. Pour y parvenir, un chemin themomécanique avec un traitement thermique subsolvus, suivi d’une compression à chaud et se finalisant par un traitement de mise en solution, a été reproduit en laboratoire. Au cours de ce travail, la cinétique expérimentale de dissolution des précipités γ’ ainsi que la cinétique de recristallisation statique de la matrice γ au cours d’un traitement subsolvus ont été déterminées. L’effet sur la recristallisation dynamique des paramètres thermomécaniques, tels que le niveau, la vitesse et la température de déformation, a été étudié en détail dans le domaine subsolvus de l’alliage. L’évolution de la microstructure pendant la mise en solution, i.e en régime de croissance de grains, a été analysée à partir de différentes microstructures initiales. En outre, un modèle de croissance de grain en champ moyen en présence de précipités γ’, a été calibré et validé pour l’alliage René 65. Ce travail permet de mieux comprendre le comportement en mise en forme des superalliages à base de nickel γ-γ’, dans le domaine subsolvus, c’est-à-dire dans un contexte de forte interaction et de couplage entre la matrice γ et les précipités γ’. En conclusion, les résultats obtenus s’avèrent également industriellement important pour, à l’avenir, optimiser le procédé de forgeage à chaud de cet alliage.

Mots-clés : Superalliages base nickel, Microstructures γ-γ’, Précipitation γ’, Recristallisation, Forgeage à chaud