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Microstructure Based Material Mechanical Models for Superalloys

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L'effet de la microstructure sur le comportement des superalliages

Des chercheurs financés par l'UE ont développé un modèle de calcul pour optimiser les performances des nouvelles conceptions, en tenant compte de la microstructure des superalliages et de la façon dont elle affecte les propriétés du produit.

Technologies industrielles

Les superalliages sont des combinaisons de métaux ayant une résistance mécanique et des performances thermiques élevées, ce qui en fait des matériaux appropriés pour les structures subissant des contraintes mécaniques et thermiques. En particulier, les superalliages à base de nickel (Ni) sont devenus essentiels pour les pales d'éoliennes et pour les disques dans les pièces de moteurs d'avions soumises aux températures les plus élevées. Ils sont également utilisés dans des éléments critiques des véhicules spatiaux et des réacteurs nucléaires. Avec un financement de l'UE, le projet MICROMECH (Microstructure based material mechanical models for superalloys) a développé un modèle de calcul multi-échelle pour les superalliages polycristallins à base de Ni, transformés par moulage et forgeage. Le projet décrit les mécanismes de déformation et de défaillance ainsi que les caractéristiques et défauts microstructuraux. Plus précisément, le modèle de MICROMECH intègre des informations structurales depuis le niveau des monocristaux et polycristaux de taille micronique jusqu'aux spécimens et composants polycristallins. Il décrit les effets de la température sur la résistance à la traction, la fatigue, la propagation des fissures et le fluage en fonction des propriétés microstructurales, comme la taille des grains, et les conditions de surface. Pour prévoir les propriétés mécaniques des spécimens polycristallins, les modèles d'éléments finis des éléments volumiques représentatifs de leur microstructure constituent un outil de base. Des modèles de plasticité cristalline sont utilisés pour simuler le comportement de micropiliers à l'intérieur des grains. Pour les développer, les chercheurs se sont appuyés sur les données obtenues grâce à des tests micromécaniques sur des monocristaux et bicristaux obtenus par meulage d'échantillons polycristallins. Des tests micromécaniques poussés ont débouché sur un modèle multi-échelle réaliste et précis, capable de prévoir les propriétés mécaniques des spécimens utilisés dans la conception de composants. Le modèle développé peut prévoir la durée de vie en fatigue des alliages In718, sous toutes les conditions de test, en fonction de la microstructure, de la température et de la contrainte appliquée. Les ingénieurs devraient utiliser le modèle MICROMECH pour améliorer les structures en superalliages à base de nickel, avec d'importants avantages en termes de coût, de durabilité environnementale et d'avance technique pour l'UE.

Mots‑clés

Microstructure, superalliages, modèle de calcul, MICROMECH, polycristallin

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