Experimental Characterization and Modelling on the Brittle-Ductile transition in TiAl₄₈Cr₂Nb₂ Alloy

L.T.P.C.M., Domaine Universitaire de Grenoble, BP 75, 38402 Saint Martin d'Hères Cedex, France

Résumé

Caractérisation expérimentale et modélisation de la transition fragile-ductile dans l'alliage TiAl₄₈Cr₂Nb₂. La transition fragile ductile dans les alliages TiAl est étudiée du point de vue fractographique et en relation avec les mécanismes microscopiques de déformation plastique. Les matériaux étudiés ont été obtenus par fonderie ou par métallurgie des poudres. Trois microstructures avec des fractions différentes de phase gamma et de phase lamellaire ont été caractérisées. On montre que l'apparition du mode de déformation par dislocations parfaites, en compétition avec le maclage, conduit à une réduction du taux d'écrouissage et des concentrations de contraintes aux interfaces. Il en résulte une ductilité accrue. Un modèle à bases physiques est proposé pour décrire le comportement d'écrouissage en fonction des mécanismes de déformation et de la microstructure. Le critère de rupture finale évolue progressivement d'une expression en terme de concentration de contrainte critique aux joints de grains, vers un critère macroscopique de localisation par striction de la déformation plastique. Même pour les ductilités les plus importantes, la rupture demeure intergranulaire.

Abstract

The brittle to ductile transition in TiAl alloys is investigated from the viewpoint of fractography in relation with the microscopic deformation mechanisms. As far as materials are concerned, two processing routes have been considered: casting and powder metallurgy. Three different microstructures are investigated, with different relative fractions of lamellar and gamma phases. It is shown that the occurrence of dislocation mediated plasticity concurring with twinning results in a lower work hardening coefficient, a lower stress concentration at interfaces, and a larger ductility. A physically based model is proposed to describe the work hardening behaviour as function of microstructural features and deformation mechanisms. The criterion for fracture shifts progressively from a critical stress at interfaces to a macroscopic condition for necking instability. Even for large ductilities, fracture remains on intergranular nature.