Effets combinés de l'hydrogène et de l'état de précipitation sur le comportement cyclique d'un superalliage à base nickel
A. Radi 1,2, M. Risbet 1, J. Favergeon1, G. Henaff 2, A. Oudriss 3, X. Feaugas 3, R. Chantalat 4
- Laboratoire Roberval de mécanique, Université de Technologie de Compiègne, Alliance Sorbonne universités, Compiègne Cedex, France
- Institut Pprime UPR 3346 CNRS, Ensma Université de Poitiers, Futuroscope Chasseneuil, France
- LaSIE-CNRS UMR 7356, Université de La Rochelle, La Rochelle, France.
- CETIM, pôle Fatigue Optimisation Durabilité, Senlis, France
Keywords: Alliage de nickel, Fatigue, Hydrogène, contrainte interne, contrainte effective, localisation du glissement, précipités cisaillables.
Les superalliages à base nickel sont connus pour leur bonne résistance aux charges cycliques, ce qui les rend adaptés pour une utilisation dans des applications où ils seront soumis à des efforts répétés. Cependant, lorsque ces matériaux sont exposés à l'hydrogène, leur réponse cyclique peut être altérée, ce qui peut conduire à des endommagements prématurés sous l’effet de l’hydrogène (FPH : fragilisation par l’hydrogène). De nombreux mécanismes ont été avancés pour décrire la fragilisation par l'hydrogène, les plus couramment cités étant : hydrogen enhanced localized plasticity (HELP), hydrogen-enhanced decohesion (HEDE) and adsorption-induced dislocation emission (AIDE) [1]. De plus, une large variété de travaux menés par le passé a permis d’identifier que l'hydrogène modifie les processus élémentaires associés à la plasticité. En revanche, des questionnements subsistent sur des effets antagonistes de durcissement et d’adoucissement induits par l’hydrogène sur le comportement cyclique dans le cas des alliages base nickel présentant un état de précipitation donné. Dans le présent travail, l'impact de l'hydrogène sur le comportement en fatigue d'un superalliage à base Nickel (Waspaloy) a été étudié à température ambiante en relation avec l'état des précipités dans le domaine sous-vieilli, pour lequel la plasticité est localisée et les précipités cisaillables. Pour cela, deux états de précipitation (HT0 et HT4) ont été considérés pour une taille de grains constante de 100 µm. Les deux états ont été préchargés en hydrogène par voie cathodique, puis leur comportement cyclique a été comparé à celui d’états non chargés en hydrogène. Les contraintes internes ont été évaluées à l'aide de la partition de Cottrell-Dickson des boucles d'hystérésis [2-3]. Pour ces deux configurations microstructurales, nous avons relevé que l'hydrogène induit un adoucissement mécanique en relation avec l'évolution spécifique de la contrainte interne (back stress) et de la contrainte effective. La corrélation des états de contraintes internes avec les structures de dislocations et les hauteurs d’émergences des bandes de glissement caractérisées respectivement à l’aide du MET et de l’AFM doit offrir l'opportunité d’examiner l’origine de l’adoucissement constaté.
References
[1] Mechanics - Microstructure - Corrosion Coupling: Concepts, Experiments, Modeling and Cases, edited by E. Aubert & C. Blanc, Elsevier 2019
[2] JI. Dickson, J. Boutin and L. Handfield, “A Comparison of Two Simple Methods for Measuring Cyclic Internal and Effective Stresses” (1984) 64 Materials Science and Engineering
[3] X. Feaugas, “On the Origin of the Tensile Flow Stress in the Stainless Steel AISI 316L at 300 K: Back Stress and Effective Stress” (1999) 47 Acta Materialia 3617
Alliage de nickel, fatigue, hydrogène, contrainte interne, contrainte effective, localisation du glissement, précipités cisaillables