Mechanical Properties of the TiAl IRIS Alloy
Propriétés mécaniques de l’alliage TiAl IRIS
Résumé
This paper presents a study of the mechanical properties at room and high temperature of the boron and tungsten containing IRIS alloy (Ti-48Al-2W-0.08B at. pct). This alloy was densified by Spark Plasma Sintering (SPS). The resultant microstructure consists of small lamellar colonies surrounded by γ regions containing B2 precipitates. Tensile tests are performed from room temperature to 1273 K (1000 °C). Creep properties are determined at 973 K (700 °C)/300 MPa, 1023 K (750 °C)/120 MPa, and 1023 K (750 °C)/200 MPa. The tensile strength and the creep resistance at high temperature are found to be very high compared to the data reported in the current literature while a plastic elongation of 1.6 pct is preserved at room temperature. A grain size dependence of both ductility and strength is highlighted at room temperature. The deformation mechanisms are studied by post-mortem analyses on deformed samples and by in situ straining experiments, both performed in a transmission electron microscope. In particular, a low mobility of non-screw segments of dislocations at room temperature and the activation of a mixed-climb mechanism during creep have been identified. The mechanical properties of this IRIS alloy processed by SPS are compared to those of other TiAl alloys developed for high-temperature structural applications as well as to those of similar tungsten containing alloys obtained by more conventional processing techniques. Finally, the relationships between mechanical properties and microstructural features together with the elementary deformation mechanisms are discussed.
Cet article présente une étude des propriétés mécaniques à l’ambiante et à température élevée de l’alliage IRIS dopé au bore et au tungstène (Ti-48Al-2W-0,08B at. pct). Cet alliage a été densifié par frittage flash ou Spark Plasma Sintering (SPS). La microstructure résultante se caractérise par des petits grains lamellaires entourés de domaines gamma contenant des précipités B2. Les essais de traction ont été effectués de l’ambiante jusqu’à 1273K (1000°C). Les propriétés de fluage ont été déterminées à 973K(700°C)/300MPa, 1023K(750°C)/120MPa, et 1023K(750°C) /200MPa. La résistance en traction et la tenue au fluage à haute température s’avèrent très élevées par rapport aux données de la littérature tout en préservant une déformation plastique de 1,6% à température ambiante. Une dépendance de la taille de grains vis-à-vis de la ductilité et de la résistance est mise en évidence à température ambiante. Les mécanismes de déformation ont été étudiés par des analyses post-mortem sur échantillons déformés et par des expériences de déformation in situ, dans les deux cas par microscopie électronique en transmission. En particulier, on a identifié la faible mobilité des segments non-vis des dislocations à l’ambiante et l’activation d’un mécanisme mixte de montée des dislocations pendant le fluage. On a comparé les propriétés mécaniques de l’alliage IRIS élaboré par frittage flash avec celles d’autres alliages TiAl développés pour des applications structurales aux températures élevées ainsi qu’avec celles d’alliages similaires dopés au tungstène mis en œuvre par des procédés conventionnels. Enfin, une discussion porte sur les relations entre les propriétés mécaniques et les caractéristiques microstructurales en englobant les mécanismes de déformation élémentaire.