Caractérisation métallurgique de la fissuration à la solidification de superalliages base nickel élaborés par fusion laser sur lit de poudre.

Elisa BORGES MENDONÇA^1,2, Sylvain DEPINOY¹, Christophe COLIN¹ , Marie-Hélène BERGER¹, Nicolas LERICHE², Fabien CUVILLY³

1. Mines Paris, Université PSL, Centre des Matériaux (CMAT), CNRS UMR 7633 BP 87, F-91003 Evry Cedex, France
2. Safran Additive Manufacturing Campus (SAMC), 33185 Le Haillan, France
3. Groupe de physique des matériaux (GPM), Avenue de l'Université, 76800 Saint-Étienne-du-Rouvray, France

La fabrication de superalliages à base de nickel par fusion laser sur lit de poudre permettrait, via l’optimisation topologique, de diminuer la masse des moteurs d’avion. Cependant, les vitesses de refroidissement élevées engendrées par ce procédé accentuent la sensibilité à la fissuration lors de la solidification des superalliages à base de nickel non-soudables comme l’Inconel 738 et le René 77.
 
Si la microségrégation est souvent présentée comme une cause possible de cette fissuration, la majorité des études sont réalisées sur des pièces massives ayant subi de multiples cycles thermiques lors de leur construction. Pour se défaire de ce biais, la présente étude propose des caractérisations métallurgiques sur des monocordons n’ayant pas subi de cycles de chauffage-refroidissement. Des monocordons correspondant à différentes conditions de solidification et menant à une densité de fissures différente dans les pièces massives ont été réalisés en Inconel 738 et en René 77.

Des lames FIB ont été prélevées dans chaque monocordon perpendiculairement à l’axe de croissance [001] des dendrites. Ainsi, les profils de ségrégation ont pu être déterminés par des analyses STEM-EDS et à l’aide d’un protocole de reconstruction adapté.

La ségrégation des éléments traces aux joints de grains tels que le bore ou le zirconium a été obtenue par analyses en tomographie par sonde atomique. L’influence de l’angle de désorientation cristallographique entre les grains a aussi été étudiée par des cartographies d’analyses EBSD sur les deux superalliages.

Sur la base de l’ensemble des résultats, les mécanismes gouvernant le phénomène de fissuration à la solidification sont discutés.