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EN COURS – INTERMETAL’ – THESE Elaboration des intermétalliques Fe-Al par affinage du grain pour des pièces de fonderie
Thèse CTIF – INSTITUT JEAN LAMOUR
CONTEXTE
Les alliages intermétalliques possèdent des propriétés très intéressantes comme leur tenue mécanique à chaud et leur tenue à la corrosion. Parmi les milliers de nuances
d’intermétallique possibles (10 000 composés binaires et 500 000 composés ternaires), ce
sont les aluminiures (essentiellement de Fe, Ni ou Ti) qui présentent le plus d’intérêt en
terme d’allègement. Ces alliages ont également en commun de bonnes propriétés
mécaniques à hautes températures, grâce notamment à l’évolution singulière de leur limite d’élasticité avec la température que l’on attribue à leurs structures ordonnées. C’est ce comportement à chaud très particulier qui a amené à choisir certains alliages
intermétalliques afin d’améliorer les performances des pièces très sollicitées, comme les
aubes du moteur GEnx (General Electrics) en Ti-48Al-2Cr-2Nb.
Cependant le principal frein à l’industrialisation des alliages intermétalliques est constitué
par leurs mauvaises propriétés mécaniques à froid : leur grande fragilité à l’ambiante,
traduite par une faible ductilité et une faible ténacité, les rend quasi-inusinables.
Le deuxième inconvénient des alliages intermétalliques est leur mise en oeuvre délicate. Ces alliages sont en effet élaborés par forge (filage et forgeage ou forgeage isotherme), par
fonderie (cire perdue) complétés par CIC (Compactage Isostatique à Chaud) et par
métallurgie des poudres. Ces procédés coûteux limitent les intermétalliques à des
applications de très haute gamme. De plus, ils ne permettent pas toujours d’atteindre la
forme de pièce attendue du fait de leurs propres contraintes de conception. Enfin, en
fonderie, la présence d’éléments oxydables (titane, aluminium) demande le recours à la
fusion et la coulée sous vide, technologie peu répandue au niveau des industries de
moyenne taille.
BESOINS INDUSTRIELS
CTIF a mené en 2017-2018 des travaux exploratoires (Gilles REGHEERE / Hélène QUEHEN)
sur la faisabilité des intermétalliques à la fonderie expérimentale de CTIF sur un premier
démonstrateur pilote en FeAl (carter de turbine industriel) moulé en sable Croning sous
atmosphère protectrice (projet INTRA ICEEL 2017 FIMEFAI). Le démonstrateur obtenu
présente assez peu de défauts externes et internes. Par contre, ses performances, mesurées 2 sur éprouvettes, sont loin d’être optimales (très faible allongement à rupture). En particulier, on constate une fragilisation à température ambiante (inter et intra granulaire) et des caractéristiques à chaud intéressantes, mais non optimisées à ce jour.
CTIF souhaite donc développer sa maîtrise de la composition d’intermétalliques Fe-Al en
coulée sous atmosphère protectrice pour en démocratiser l’utilisation industrielle (transfert technologique vers des fondeurs hexagonaux).
