Croissance de grains hétérogène dans le superalliage base fer A-286

Dans de nombreux secteurs en cours d'évolution, les exigences en propriétés mécaniques pour des matériaux utilisés dans des conditions extrêmes à très hautes températures ne cessent pas d'augmenter. Les superalliages, grâce à leurs propriétés mécaniques optimales jusqu'à des températures d'environ 700°C, apportent une bonne solution à cette problématique. Le superalliage base fer SY286® est une nuance de l'alliage A-286 mise au point par la société Aperam pour applications sous forme de visseries spéciales. La société Aperam fourni à ses clients des produits SY286® qui ont subi un traitement de mise en solution pour fournir une bonne formabilité pour les étapes de déformation qui suivent. Toutefois, il a été observé pour cette nuance que la mise en solution peut mener à une distribution de tailles de grains hétérogène, avec quelques grains de taille considérablement supérieure à la moyenne visée. Une telle microstructure est rédhibitoire, car elle provoque une forte dégradation des propriétés du matériau en service. La croissance de grains est contrôlée et limitée par la présence de particules de seconde phase qui freinent et bloquent la migration joints de grains par le phénomène d'ancrage de Smith-Zener, donc une distribution non uniforme de particules de seconde phase peut déclencher le mécanisme de la croissance anormale des grains. Dans certains cas, les microstructures contiennent de l'énergie stockée essentiellement sous la forme de dislocations induites par la déformation plastique et cette énergie fournit une force motrice pour la migration des joints de grains qui s'ajoute aux forces de capillarité. Si la force motrice nette dépasse la force d'ancrage, les grains peuvent grossir au-delà de la taille limite prévue par le modèle de Smith-Zener. Par conséquent, plusieurs microstructures déformées à chaud ont été caractérisées par microscopie optique, MEB et EBSD afin de déterminer l'influence de la microstructure initiale et des conditions thermomécaniques -nominales et locales, estimées grâce à des simulations aux elements finis- sur les évolutions microstructurales du A-286 en statique. L'analyse de la valeur et distribution critique de l'énergie stockée pour déclencher le mécanisme de la croissance critique des grains a été réalisée par des simulations en champ complet de l'évolution microstructurale (basés sur un modèle numérique en 2D, de type Level-Set et intégré dans un environnement éléments finis) et par un étude de l'effet du gradient d'énergie stockée grâce à des essais d'indentation à froid suivis d'un traitement thermique. Ces travaux permettent de mieux comprendre la microstructure des alliages Fe-Ni, aidant le partenaire industriel à optimiser le procédé de fabrication de fils et barres en A-286, en maîtrisant les évolutions microstructurales statiques pour respecter la taille de grains ciblée et pour éviter le développement de microstructures hétérogènes.