Rechargement laser d'un superalliage à base de nickel : étude expérimentale et modélisation de l'endommagement
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Laser metal cladding is a welding-like process, in particular used to rebuild the shape of aeronautical components made of nickel based superalloys. Interdendritic cracks are systematically observed inside the repaired zone. After a metallurgical study of the damage, the hypothesis of an embrittlement by interfacial sulphur segregation has been confirmed by two techniques: Auger electron spectroscopy and electron probe micro-analysis. The ability of the latter to detect and quantify interfacial segregations has been demonstrated in the study. A fine modelling of the thermal aspects of the process and of interfacial segregation, using finite elements, allowed to show that sulphur segregation could not be avoided. In particular, it has been shown, using numerical simulation, that is not possible to control interfacial segregation through the adjustment of process parameters (laser power and velocity). Furthermore, welding processes are known to generate important residual stresses and plastic strains. A tensile residual stress state in the repaired zone, associated to important plastic strains, has been simulated using finite elements. It is responsible of the cracking of interdendritic boundaries embrittled by important quantities of sulphur. Finally, a parametric study of the process parameters (laser power and velocity) has been performed and has led to a solution to the cracking problem
Abstract FR:
Le rechargement laser est un procédé de type soudage utilisé notamment pour la reconstruction de la géométrie de pièces métalliques aéronautiques en superalliage à base de nickel. Une fissuration de type interdendritique fragile est systématiquement observée au niveau de la zone réparée. Après une étude métallurgique de l’endommagement, l’hypothèse d’une fragilisation par ségrégation interfaciale de soufre a pu être confirmée au moyen de deux techniques : la spectroscopie des électrons Auger et la microsonde de Castaing. L’aptitude de cette dernière à la détection et à la quantification des ségrégations interfaciales a été montrée au cours de ces travaux. Une modélisation fine de la thermique du procédé et de la ségrégation interfaciale à l’aide des éléments finis a permis de mettre en évidence le caractère inévitable de la ségrégation du soufre aux interfaces. Notamment, il a été montré grâce à la simulation numérique qu’il n’était pas possible de contrôler la ségrégation interfaciale en jouant sur les paramètres du procédé que sont la puissance et la vitesse du laser. En outre, les procédés de type soudage sont connus pour générer d’importantes contraintes et déformations résiduelles. Un état de contraintes résiduelles de traction dans la zone réparée, associé à des déformations plastiques importantes, a été simulé par éléments finis. Il est responsable de la rupture des joints interdendritiques fragilisés par la présence de quantités importantes de soufre. Au final, une étude paramétrique sur la puissance et la vitesse du procédé a été réalisée et a conduit à une solution au problème de fissuration