Study of chromium role in TiAl-base alloys

Étude du rôle du chrome dans des alliages à base TiAl.

Université de Rouen – GPM – UMR CNRS 6634, avenue de l'Université, BP 12, 76801 Saint-Etienne du Rouvray, France

Résumé

Le chrome intervient couramment dans la composition des aluminures de titane car il permet d'améliorer leur trop faible ductilité à température ambiante. Le rôle joué par cet élément d'alliage sur la microstructure des alliages à base TiAl reste cependant assez mal compris. Pour clarifier le partage du chrome entre les deux phases α et γ et sa ségrégation le long des interfaces α₂/γ et γ/γ, notre étude a d'abord porté sur l'alliage ternaire, biphasé et lamellaire Ti-47Al-2Cr. Pour mener à bien cette étude, l'alliage ternaire a subi, après homogénéisation dans le domaine α (4 h 1400 °C), des traitements thermiques isothermes d'équilibre dans les domaines () et (), suivis d'une trempe à l'huile pour figer la microstructure. La sonde atomique tomographique nous a permis de déterminer le coefficient de partage du chrome et d'étudier des interfaces lamellaires à l'échelle subnanométrique. Nos investigations sur le comportement du chrome se sont poursuivies avec l'étude de l'alliage industriel (SNECMA) breveté par Général Electric et de composition Ti-48Al-2Cr-2Nb dont la microstructure triphasée (γ, et B2) est plus complexe. La présence de la phase B2 dans ce type de matériau est connue pour être largement favorisée par l'addition de chrome. Trois états de l'alliage ont été examinés: l'état brut de coulée, l'état brut post CIC et l'état traité TTA dans le domaine (). L'évolution de la microstructure a été suivie, après ces différents traitements grâce à des observations en MEB-FEG. La phase B2 a été caractérisée d'un point de vue cristallographique en MET, dans l'état brut post CIC. Enfin, le partage du chrome et du niobium entre les trois phases en présence a été examiné par sonde atomique et analyses EDX. Les résultats obtenus pour l'alliage Ti-47Al-2Cr ont montré qu'après traitement thermique dans le domaine (), le chrome apparaît clairement α-phile avec un coefficient de partage entre les phases α et γ qui reste à peu près constant. Au contraire, après traitement thermique dans le domaine (), le chrome s'est redistribué entre les deux phases et ségrège au niveau d'une interface /γ. Cette ségrégation n'est pas continue. Les résultats concernant l'alliage industriel ont confirmé la tendance α-phile du chrome par rapport à la phase γ, après traitement dans le domaine (). Ils ont aussi montré que le caractère légèrement γ-phile du niobium était plus prononcé après un tel traitement. La très forte teneur en chrome mesurée dans la phase B2 indique que le caractère B2-phile du chrome est plus fort que son caractère α₂-phile. D'après nos observations, cette phase B2 est favorisée par le traitement de CIC. A contrario, elle est déstabilisée pendant le traitement TTA qui favorise la formation de la phase α₂. L'apparition de la phase B2 semble reliée à la disparition de la phase α₂. L'étude en MET de la phase B2 a révélé que les phases B2 et γ étaient liées d'un point de vue cristallographique. Ces différents résultats nous ont conduit à proposer un mécanisme déformation de cette phase.