Amorçage et micro-propagation de fissure en fatigue à haute température à partir de défauts dans un superalliage monocristallin - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2010

Crack initiation and microcrack growth on casting defect in fatigue at high temperature in single crystal superalloy

Amorçage et micro-propagation de fissure en fatigue à haute température à partir de défauts dans un superalliage monocristallin

Abstract

High pressure turbine blades in aerojet engines are component that undergo severe thermo-mechanical loading condition. These blades are now made of single crystal nickel base superalloy because of its very high mechanical properties at high temperature. The directional solidification process generates casting defects as pores located in inter-dendritic spaces. With cycling loading, micro-crack can initiate and propagate to conduct to the ruin of the structure. The aim of this study is the initiation and micro-propagation of crack on defect. An experimental study has been carried on tubular notched specimen. These experimental results have shown that the visco-plasticity and the activation of oxidation conduct to short crack behaviour. A finite element analysis on tubular notch specimen mesh has shown the importance of plasticity generated by the defect on the short crack propagation. Then, a micro-propagation model has been developed to estimate the crack growth rate near the notch root. This model is based on a local approach using the stress field generated by the defect. The model takes into account the local plasticity due to the notch and also the embrittlement at the crack tip by the oxidation. This model is promising for the improvement of life prediction of crack initiation on cast pores.
Les aubes de turbine haute pression des turboréacteurs sont des composants soumis à des chargement thermo-mécanique sévères. Ces aubes sont maintenant réalisées en superalliage monocristallin à base nickel car ce matériau possède d'excellentes propriétés à haute température. Le procédé de fabrication de ces aubes monocristalline entraîne des défauts et notamment des pores localisés dans les espaces inter-dendritiques. Sous l'action de sollicitation cyclique, des microfissures se forment sur ces défauts, donnant naissance à une fissure principale pouvant conduire à la rupture de la pièce. L'objet de cette thèse est d'étudier l'amorçage et la micro-propagation de fissure sur défaut. Une étude expérimentale a été menée sur des éprouvettes tubulaires contenant une entaille assimilée à un pore. Nous avons montré que la viscoplasticité et l'activation de l'oxydation induisaient un comportement de type fissure courte. Une analyse numérique par éléments finis sur des maillages d'éprouvettes entaillées a montré l'importance de la plasticité générée par le défaut sur la vitesse de propagation des fissures courtes. Puis nous avons établi un modèle de micro-propagation de fissure permettant d'estimer la vitesse de propagation de fissure s'amorçant sur une entaille. Nous avons opté pour un modèle décrit à l'échelle locale en utilisant les champs de contraintes générées par le défaut. Ce modèle rend compte de la plasticité locale due à l'entaille et de la fragilisation en pointe de fissure par l'oxydation. Le modèle développé ouvre des perspectives prometteuses sur la prédiction de la durée de vie à l'amorçage sur pore de fonderie.
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Dates and versions

pastel-00609109 , version 1 (18-07-2011)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00609109 , version 1

Cite

Marion Geuffrard. Amorçage et micro-propagation de fissure en fatigue à haute température à partir de défauts dans un superalliage monocristallin. Matériaux. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. Français. ⟨NNT : 2010ENMP0067⟩. ⟨pastel-00609109⟩
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