Toward a better understanding of chemical and microstructure heterogeneities inherited from solidification and solid state phase transformations in the Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy

¹ Laboratoire de Science et Génie des Matériaux et de Métallurgie, CNRS UMR 7584, Nancy, France
² Laboratoire d'Etude des Textures et Application aux Matériaux, CNRS UMR 7078, Metz, France

Résumé

Vers une meilleure compréhension des hétérogénéités chimiques et microstructurales issues de la solidification et des transformations de phases à l'état solide dans l'alliage Ti-48Al-2Cr-2Nb. Pour réussir l'application et garantir une bonne reproductibilité des propriétés mécaniques des alliages intermétalliques de base TiAl, les motoristes aéronautiques et automobiles doivent parvenir à un meilleur contrôle de leur microstructure, dont la variabilité résulte essentiellement des hétérogénéités héritées de la solidification et des traitements réalisés à haute température. Dans ce travail, nous présentons quelques résultats expérimentaux visant à améliorer la connaissance du processus de solidification et de la genèse de microstructures au cours de traitements thermiques, dans le cas de l'alliage Ti-48Al-2Cr-2Nb (teneurs en % at.) actuellement en cours de développement industriel. Dans une première partie, par la réalisation d'expériences de solidification dirigée, nous étudions le partage des éléments d'alliage, le chemin de solidification ainsi que la formation de phases minoritaires dans l'alliage élaboré par fonderie. Dans une seconde partie, nous étudions grâce à la dilatométrie les transformations de phases intervenant à l'état solide ainsi que les relations existant entre les paramètres microstructuraux et les conditions de traitement thermique, en particulier la durée du maintien isotherme et la vitesse de refroidissement.

Abstract

Before implementing and insuring a good reproducibility of the mechanical properties of intermetallic alloys based on γ-TiAl, aircraft and automotive engine manufacturers have to control the microstructure, whose variability results mainly from heterogeneities inherited from the solidification and the thermal processing conditions. The present work gives new experimental results that advance the knowledge of the solidification behaviour and the control of microstructure by heat treatments for a Ti-48Al-2Cr-2Nb alloy (composition in at. pct), which offers good industrial capabilities. In a first part, the solute partitioning, the solidification path and the development of minor phases in the cast alloy is investigated by mean of directional solidification experiments. In a second part, solid state phase transformations and the relationships between microstructure parameters and heat treatment conditions, particularly isothermal holding time and cooling rate, are investigated thanks to dilatometry