Compte tenu de leurs propriétés mécaniques spécifiques extrêmement intéressantes, les alliages de titane sont largement utilisés notamment pour des applications aéronautiques. Une des limitations concerne certains composants critiques des turbomachines pour lesquels un effet « dwell » est parfois constaté. Ce processus survient dans des conditions particulières combinant un chargement cyclique (fatigue) et statique (fluage) à une température proche de l’ambiante et peut conduire à une rupture prématurée. Bien que de nombreuses études aient permis de cerner le problème, son origine physique/mécanique demeure mal comprise.Les travaux réalisés, essentiellement expérimentaux, visent à analyser les mécanismes de déformation et d’endommagement, sous chargement dwell, à différentes échelles et en lien avec la microstructure métallurgique de l’alliage Ti6242 lamellaire considéré. Des configurations particulières de colonies de lamelles que l’on a nommé « plumes » ont été identifiées comme étant à l’origine de la rupture en dwell. Les caractéristiques morphologiques et cristallographiques correspondantes ont été analysées par différents moyens de microscopie optique et électronique. Un outil d’analyse d’images basé sur la transformée de Fourier rapide a été spécifiquement développé afin de repérer et de quantifier ces éléments à l’échelle de la pièce. Au-delà des campagnes d’essais mécaniques mettant en évidence les conséquences de l’effet dwell en termes de durée de vie, des essais in situ sous microscope réalisés en traction, fluage et dwell sur des « micro-éprouvettes » instrumentées ont permis de mieux comprendre les processus élémentaires de déformation associés aux plumes et conduisant à des hétérogénéités des champs de déformation favorables à l’amorçage de fissures. / Thanks to their extremely attractive specific mechanical properties, titanium alloys are widely used, especially for aerospace applications. However, a “dwell-effect” may sometimes be observed, reducing the lifetime of some critical jet engine components. This phenomenon occurs under specific conditions combining cyclic (fatigue) and static (creep) loading at near ambient temperature and can lead to an early failure. Though many studies have investigated this problem, its physical and mechanical origin remains poorly understood.The aim of the present work was to analyse the deformation and damage mechanisms under dwell loading at different scales, and in relation with the microstructure of a fully lamellar Ti6242 alloy. Particular arrangements of colonies, so-called “feather-like structures”, have been identified as the origin of the failure under dwell conditions. Their morphological and crystallographic characteristics have been analysed by various optical and scanning electron microscopy means. A dedicated image analysis tool based on the fast Fourier transform has been developed to localize and quantify the feather-like structures at the scale of a jet engine component. A mechanical testing campaign demonstrated the dwell-effects consequence on the lifetime until failure. Furthermore, tensile, creep and dwell tests have been carried out in situ under the microscope on “microsamples” bearing gauges. They enabled a better understanding of the elementary deformation processes associated to the feather-like structures and how these structures lead to strain field heterogeneities favouring crack initiation.

L'étude des interactions entre la déformation et les transformations de phase a été entreprise en prenant comme exemple la transition polymorphique calcite-aragonite. Celle-ci a été obtenue expérimentalement dans les deux sens grâce aux presses triaxiales à milieu de confinement solide ou gazeux, pour une pression comprise entre 0,6 GPa et 1,3 GPa et une température d'environ 400°C. L'observation par . microscopie électronique en transmission des microstructures de déformation de chacune des phases et de la morphologie des interfaces montre que la transition procède par un mécanisme de nuc1éation et croissance. L'existence de relations épi tactiques entre les deux phases suggère 9ue la croissance s'effectue par migration d'interface cohérente et non par diffusion sur de grandes distances. " Dans le système calcite-aragonite, la phase de haute " pression (Ar) est plastiquement moins déformable que la phase de basse pression (Ca). Ceci est montré par les plus fortes densités de défauts présents dans la calcite lorsque les deux phases sont déformées simultanément. La forte densité de dislocations produites dans la calcite pourrait conduire à la plasticité de tr"ansformation au cours de la transition aragonite calcite. Une étude préliminaire des microstructures de déformation plastique de l'aragonite Il)ontre que ce minéral se déforme principalement par glissement "de dislocations hoo } dans le plan (010) et par mac1age mécanique { 1 JO } * L'analyse de l'énergie élastique liée aux défauts introduits au cours de la déformation plastique, a été entreprise pour les deux phases. Les calculs montrent que l'effet de cette énergie sur la transformation de phase ne serait significatif que pour les densités de dislocations de l'ordre de IOII cm-2, densités rarement observées dans les conditions naturelles de déformation. Cependant, les sous-joints constituent des sites de haute énergie favorisant la nuc1éation d'une nouvelle phase. Les résultats expérimentaux montrent en effet une accélération de la cinétique de la transition aragonite calcite lorsque les échantillons sont préalablement déformés.

Le but de ce travail est l'obtention d'une loi de comportement plastique à grands taux de déformationdes monocristaux métalliques à structures cubiques en accord avec les résultats expérimentaux sélectionnés dans la littératures et suffisamment maniable pour être utilisable dans un code de simulation des monocristaux et/ou dans des modèles de passage micro-macro.<br />Le comportement est décrit par des relations simples mais dans lesquelles les principaux mécanismes physiques sont inclus : interactions entre les dislocations de différents systèmes, génération-annihilation des dislocations, seuil d'écoulement des dislocations et viscosité du matériau.<br />Une identification de ce modèle est faite pour le cuivre en utilisant des résultats caractéristiques extraits de la littérature.<br />Pour intégrer ces relations, un programme informatique utilisant la méthode des éléments finis en trois dimensions a été spécialement conçu pour la simulation des agrégats de monocristaux. Les résultats de simulations d'essais de traction dans différentes conditions (géométrie de l'éprouvette, orientation cristalline...) sont en bon accord qualitatif avc les résultats expérimentaux (rotation du réseau, nombre et qualité des systèmes actifs, glissements accumulés) prouvant que le modèle proposé est adapté à la description du comportement plastique des monocristaux.<br />A l'aide du programme, l'influence des paramètres physiques du modèle sur le comportement du monocristal est également analysée.

L'amélioration des performances spécifiques des alliages métalliques de l'aéronautique est une démarche constante. Les alliages de titane sont des matériaux privilégiés par les constructeurs aéronautiques car ils allient hautes propriétés mécaniques et faible densité.Parmi ces matériaux, les alliages β-métastables qui ont pour particularité de retenir jusqu'à 40% de phase β connaissent un fort regain d'intérêt pour les motoristes (Ti-17) comme pour des applications de structure type trains d'atterrissage (Ti-5553 et Ti-10-2-3). Ce travail a pour but d'analyser le comportement mécanique et la durabilité de ces alliages soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec les microstructures.Des essais mécaniques ont pour cela été développés à partir de différentes microstructures métallurgiques qu'elles soient issues d'un traitement industriel ou spécifique visant à simplifier ces dernières. Les mécanismes de déformation (systèmes de glissement) et d'endommagement (amorçage de fissures) ont été identifiés et analysés à différentes échelles par microcopie optique et électronique à balayage en intégrant les notions d'orientation cristallographique (EBSD). Le recours à des essais réalisés in situ sous microscope (optique et MEB) et à une métrologie adaptée aux échelles pertinentes a permis d'identifier les éléments micro-structuraux clés et les cinétiques de développement de ces processus. Un des faits marquants est le rôle majeur de l'anisotropie de propriétés mécaniques de la phase β qui a également fait l'objet de simulations numériques.

L’amélioration des performances spécifiques des alliages métalliques de l’aéronautique est une démarche constante. Les alliages de titane sont des matériaux privilégiés par les constructeurs aéronautiques car ils allient hautes propriétés mécaniques et faible densité.Parmi ces matériaux, les alliages β-métastables qui ont pour particularité de retenir jusqu’à 40% de phase β connaissent un fort regain d’intérêt pour les motoristes (Ti-17) comme pour des applications de structure type trains d’atterrissage (Ti-5553 et Ti-10-2-3). Ce travail a pour but d’analyser le comportement mécanique et la durabilité de ces alliages soumis à des sollicitations monotones et cycliques en lien avec les microstructures.Des essais mécaniques ont pour cela été développés à partir de différentes microstructures métallurgiques qu’elles soient issues d’un traitement industriel ou spécifique visant à simplifier ces dernières. Les mécanismes de déformation (systèmes de glissement) et d’endommagement (amorçage de fissures) ont été identifiés et analysés à différentes échelles par microcopie optique et électronique à balayage en intégrant les notions d’orientation cristallographique (EBSD). Le recours à des essais réalisés in situ sous microscope (optique et MEB) et à une métrologie adaptée aux échelles pertinentes a permis d’identifier les éléments micro-structuraux clés et les cinétiques de développement de ces processus. Un des faits marquants est le rôle majeur de l’anisotropie de propriétés mécaniques de la phase β qui a également fait l’objet de simulations numériques. / The improvement of specific performances of metallic materials used for aerospaceapplications needs continuous researches and developments. Titanium alloys are materials ofchoice for aerospace companies thanks to their high mechanical properties and low density.Among them, the β-metastable alloys that retain up to 40% of β phase are more and moreintroduced in aircraft engines (Ti-17) and for structural parts (e.g. landing gears in Ti-5553and Ti-10-2-3).This work aims to analyse the mechanical behaviour and durability of these alloyssubmitted to monotonic or cyclic loadings. Mechanical tests have been developed on differentindustrial microstructures as on academic simplified ones produced by specific thermaltreatments. Deformation mechanisms (slip systems) and damage processes (cracks initiation)were identified and analyzed at different scales using microscopes (optical and SEM) andcrystallographic features were studied by EBSD. Specific in situ tests performed undermicroscopes (optical and SEM) and digital images correlation techniques at scales of interesthave permitted to identify and to quantify the key microstructural parameters and the kineticsof these processes. One major result concerns the influence of the anisotropy of mechanicalproperties associated to the β phase.