Cette étude s’est focalisée sur la compréhension des mécanismes de déformation et d’endommagementd’un superalliage à base de Nickel (Udimet 720Li) utilisé pour la confection de disques de turbine hautepression soumis à des sollicitations monotones et cycliques à des températures inférieures à 500 °C.L’amorçage de fissures de fatigue à 20 °C et 465 °C a été systématiquement observé suivant des facettescristallographiques pour différents états métallurgiques. Une étude quantitative des traces de glissementplastique en surface a permis de montrer que cet endommagement est la conséquence d’une nontransmission de la déformation plastique entre grains voisins. Plus précisément, un mécanisme de rotationcristalline localisée au sein de micro-volumes à l’extrémité de bandes de glissement dans le grain voisin aété identifié à l’origine des fissures.Les configurations cristallographiques favorisant ce processus impliquent notamment les relations entresystèmes de glissement de part et d’autre du joint de grains (angle de TWIST), ou encore la présence d’uneprécipitation fine participant au confinement des bandes de glissement. / This study contributes to the understanding of the deformation and damage mechanisms in a Nickelbasedsuperalloy (the Udimet 720Li) used for the manufacturing of aeroengines high pressure turbinedisks submitted to monotonic and cyclic loadings at temperatures below 500 °C under service conditions.Fatigue crack initiation at 20 °C and 465 °C was systematically observed at large crystallographic facetswhatever the microstructure. An extensive quantitative study of the slip activity at the surface showed thatcrack initiation results from a difficult slip transmission between neighbouring grains. In more details, alocalized crystallographic rotation confined in micro-volumes detected at the tip of slip bands interactingwith the grain boundary were identified to trigger crack initiation.The crystallographic configurations favouring such a process are closely related to the TWIST anglebetween active slip systems on each side of the grain boundary and to a dense and fine precipitationconfining the plasticity.Mots-clés

Ce travail de thèse s’est focalisé sur les interactions entre bandes de glissement - localisant la déformation plastique dans les matériaux métalliques polycristallins - et joints de grains. Le matériau choisi comme support de l’étude est un superalliage base Nickel (UdimetTM 720Li). De récents travaux ont montré que les bandes arrêtées aux joints de grains peuvent induire dans les grains voisins des rotations cristallines concentrées au sein de régions appelées micro-volumes. Ce phénomène est observé aux températures faibles et intermédiaires (T < 500°C), sous chargement monotone et cyclique. Il est responsable des premiers stades d’endommagement et conduit à la formation des fissures fatales en fatigue.Une analyse statistique d’un grand nombre d’interactions bandes de glissement – joints de grains via des observations MEB sur éprouvettes pré-déformées a été menée en relation avec les configurations cristallographiques locales afin d’identifier celles qui favorisent ou inhibent la formation des microvolumes.Un rôle particulier de l’angle de twist traduisant l’alignement des systèmes de glissement de part et d’autre du joint de grains a été mis en évidence notamment dans le cas des joints de macle.Ensuite, le travail a porté sur l’établissement de deux stratégies de simulation numérique en champs complets par éléments finis de l’interaction d’une bande de glissement avec un grain voisin. L’étude de la réponse élastique du grain voisin et notamment l’analyse des distributions des rotations cristallines,des contraintes et scissions résolues au sein du grain en tête de la bande de glissement ont permis de mieux comprendre les conditions favorisant la transmission du glissement au joint de grains et celles conduisant à l’arrêt des bandes de glissement avec ou sans formation de micro-volumes. / This thesis research focused on interactions between slip bands – manifestation of plastic strain localization in polycrystalline metallic materials – and grain boundaries. The material chosen for the study is a nickel based superalloy (UdimetTM 720Li). Recent investigations have shown that slip bands blocked at grain boundaries can induce significant crystalline elastic rotation in highly localized regions – referred to as micro-volumes – in neighboring grains. This phenomenon is observed from room to intermediate temperatures (T < 500°C), under monotonic or cycling loading. It is responsible for the first stages of damage initiation and is at the origin of fatigue fatal cracks.A statistical analysis was carried out over a large data set of slip bands – grain boundaries interactions through SEM observations performed on pre-deformed samples. Local crystallographic configurations were investigated in order to identify those that favor or inhibit the formation of micro-volumes. A peculiar role of the twist angle - related to the alignment of slip systems on both sides of the grain boundary – was evidenced, particularly in the case of twin boundaries.Then, two strategies of numerical modeling of the interaction between a slip band and a neighboring grain using full-field finite element simulation were developed. In this work, the elastic regime only is considered and distributions of crystalline rotations, stresses and resolved shear stresses at the tip of theim pinging slip band in the neighboring grain were analyzed in order to better understand the conditions leading to the transmission of slip through the grain boundary and those leading to the termination of slip bands with or without formation of micro-volumes.