Etude des interactions fatigue-fluage-environnement lors de la propagation de fissure dans l'Inconel 718 DA

Inconel 718 is a nickel-based superalloy widely used by aeroengines manufacturers like Safran Aircraft Engine to manufacture turbine disks. After forging, disks are given an ageing treatment called “Direct Aged”. In service, during cruise, these critical components handle hold-time periods at constant loading. It is well known, although not fully understood, that hold-time increases crack growth rates (CGR) in Inconel 718 as well as others superalloys. Therefore, this study focuses on crack propagation under hold-time conditions in DA Inconel 718, at 550°C and 650°C. Experiments were carried out for different hold-times, up to 1h. Developments on the crack monitoring technique (DCPD) led to the conclusion that the most damaging part of the cycle is load-reversal (fatigue contribution). This contribution is enhanced by the hold-time period. Holdtime leads to dramatically curved and tortuous crack front, contrary to pure fatigue cycles. A numerical framework was developed, combining crack growth and DCPD simulations, so that “numerical tests” can be carried out. Using this method, crack growth simulations were performed from curved and tortuous, experimentally reproduced, crack front. It was concluded that increased crack CGR under hold-time conditions are closely related to the crack front morphology and its evolution during propagation. More complex tests, with overloads or under vacuum, were carried out. When the hold-time effect is inhibited, complex morphologies vanish. Such morphologies were associated to local inhibition of the environmental damaging effect due to local high plastic strain and strain rates. The large variety of experiments, presented in this study, was then successfully analyzed considering the effect of local strain rates which greatly influence the crack growth behavior of Inconel 718.L’Inconel 718 est un superalliage base nickel largement utilisé par les motoristes tels Safran Aircraft Engines pour l’élaboration des disques de turbine. Après forgeage des disques, un traitement de vieillissement appelé « Direct Aged » est appliqué. En service, le régime de croisière représente un temps de maintien sous chargement constant pour les disques. Bien que pas complètement compris, il est largement admis qu’un temps de maintien dans un cycle de fatigue a un effet néfaste sur le comportement en fissuration de l’Inconel 718 ainsi que d’autres superalliages. Cette étude porte donc sur la fissuration en fatigue-fluage dans l’Inconel 718 DA à 550°C et 650°C. Des essais sont menés pour des temps de maintien allant jusqu’à 1h. Des développements de la méthode de suivi de fissure par mesure de potentiel (DCPD) ont permis d’identifier la décharge-recharge (contribution de fatigue) d’un cycle de fatigue-fluage comme la partie la plus néfaste du cycle. L’application d’un temps de maintien amplifie cette contribution. Le temps de maintien induit également des fronts de fissure extrêmement courbes et tortueux, contrairement à de la fatigue pure. Une stratégie numérique a été développée, couplant la simulation 3D de la propagation et la méthode dite DCPD, permettant de réaliser des « essais numériques ». La propagation de fronts courbes et tortueux est simulée. Il a été démontré que le comportement en propagation est directement lié à la forme du front de fissure et son évolution. Des essais complexes ont été menés, sous vide, ou impliquant des surcharges. Lorsque l’effet du temps de maintien est annihilé, les morphologies complexes des fronts disparaissent. Elles sont alors associées à une inhibition locale de l’effet endommageant de l’environnement due à la plasticité et aux vitesses de déformation locales. Tous les essais présentés sont analysés en considérant l’effet de la vitesse de déformation locale qui influe largement le comportement en fissuration de l’Inconel 718