Caractéristiques mécaniques de l’alliage 718 et l’influence de différents paramètres microstructuraux sur celles-ci

COMPORTEMENT MECANIQUE DE L’INCONEL 718

Dans cette partie, nous présenterons les différentes caractéristiques mécaniques de l’alliage 718 ainsi que l’influence de différents paramètres microstructuraux sur celles-ci. Après avoir abordé rapidement les propriétés de l’alliage en traction et fluage, une attention plus particulière sera accordée au comportement en fatigue de l’alliage 718. L’alliage 718 traité à l’état TR présente de bonnes propriétés mécaniques à hautes et basses températures. La figure 29 présente l’évolution des propriétés de traction en fonction de la température. On note des allongements à rupture proches de 20% et cela pour un niveau de limite d’élasticité supérieur à 1000 MPa. Ces valeurs sont stables dans une large gamme de température : 20°C à 600°C. Au dessus de 650°C, les propriétés mécaniques de l’alliage se dégradent rapidement. On retrouve le domaine de superplasticité pour des températures voisines de 950°C.  L’utilisation de l’alliage 718 à l’état DA permet un gain conséquent au niveau de la limite d’élasticité. De par sa taille de grain plus faible et la structure d’écrouissage issue des opérations de forgeage, sa limite d’élasticité est augmentée d’une vingtaine de pourcents par rapport à l’état TR. La figure 30 compare les contraintes maximales en traction de l’alliage 718 à deux états TR (la traitement standard) et DA (Vieillissement direct) au René 95. On note la plus grande stabilité de l’alliage René 95 qui est élaboré par MDP (Métallurgie Des Poudres) et utilisé pour des applications à plus hautes températures. L’alliage 718 DA garde des propriétés supérieures à l’alliage TR sur toute la gamme de température.

Les conditions de traitement thermomécanique de l’alliage sont à l’origine des performances en traction de l’alliage 718. Le tableau 2 compare le comportement d’un alliage DA et TR et cela pour différents sites de prélèvement et différentes températures. L’alliage DA (taille de grain : 10 µm) conduit à des niveaux de contraintes plus importants que l’état TR (taille de grain : 30 µm) alors que peu d’effets sont observables sur les allongements à rupture. On remarque des gains de l’ordre de 18% de limite d’élasticité au niveau de la surface et seulement 10% au demi rayon. Cette différence est sans doute due à l’écrouissage résiduel plus important en surface qu’en profondeur. Au niveau de la résistance maximale à la traction les gains sont encore plus faibles, l’écrouissage résiduel ayant pour principal effet de décaler la limite d’élasticité. Il est à noter que l’augmentation de la température ne conduit pas à une atténuation de ces tendances. Dans certains cas, l’environnement peut avoir une incidence sur les propriétés en traction de l’alliage 718. Fournier, & al. [Four01] ont observé une variation de l’allongement à  rupture à 600°C pour une faible vitesse de déformation de 5.10-7 s-1 entre un essai sous air et sous vide. Cette variation est à attribuer au changement du mécanisme de rupture qui passe de transgranulaire sous vide à intergranulaire sous air.

L’alliage 718 en fonction de son état microstructural peut avoir des comportements en fluage variables. La figure 31 compare les temps à 0.2% d’allongement de quatre états différents : l’état TR, DA, DA survieilli (DA + 5 h à 750°C) et DT (Damage Tolerance : survieillissement de 50 h à 750°C). On note sur cette figure, pour les faibles contraintes que les comportements des états DT et TR sont assez proches. La température de fluage étant située dans la même gamme de température que le traitement thermique, les états microstructuraux TR et DT deviennent proches, pour ces temps de fluage importants. L’alliage DA présente des vitesses de fluage plus importantes. La densité initiale de dislocations dans le matériau étant plus importante dans l’état DA que dans l’état TR et DT, sa vitesse de fluage est plus importante [Dyson74]. La taille de grain est un paramètre important pour la tenue en fluage. L’obtention de faibles tailles de grain passe par l’utilisation de traitements thermomécaniques. Pierraggi et Uginet [Piera94] ont quantifié l’effet de la taille de grain sur la tenue en fluage (c. f. figure 32). Ces essais ont été réalisés sur une billette forgée puis remise en solution à 970°C suivi du revenu classique de l’alliage 718TR (720°C pendant 8 h refroidissement à 50°C/h puis 620°C pendant 8h). Ils observent un effet néfaste de la diminution de la taille de grain sur la tenue en fluage. Pour ces essais à taille de grain donnée, la taille et la morphologie de la phase δ ont été maintenues constantes. Il a, de plus, été remarqué par les auteurs un effet de la morphologie de la phase δ sur la tenue en fluage. A titre d’exemple, pour une taille de grain homogène de 9/10 ASTM (10-15 µm), le temps à rupture à 650°C pour une contrainte de 690 MPa est de 250 heures lorsque la morphologie de la phase δ est globulaire et seulement de 70 heures lorsqu’elle est aciculaire.