Optimisation Multi-échelles des Moules Carapace pour Aubes de Turbine Monocristallines

Discipline

Matériaux Céramiques et Traitements de Surface

Classification

Physique,

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Moule de carapace, Monocristallin, Aubes de turbine

Mots-clés

Moules (travail des métaux),

Aubes (technologie),

Turbines,

Recristallisation (métallurgie)

Intégrées dans les moteurs d’avions, les aubes de turbine monocristallines à base de superalliages se doivent de résister à des sollicitations thermomécaniques sévères en conditions de service. Cependant, au cours de leur élaboration, des défauts irréparables sont susceptibles d’apparaitre après la coulée du métal en fusion en raison des interactions avec le moule carapace en céramique. En effet, un trop fort désaccord dans la contraction thermique entre le moule et la lame au refroidissement combiné à une rigidité excessive de la carapace peuvent induire de la plasticité dans des zones critiques de l'aube après solidification, ce qui peut entraîner la germination de grains parasites. L'objectif principal de cette thèse est de développer de nouvelles compositions de moules céramiques i) capables de satisfaire aux exigences thermomécaniques de la coulée et ii) présentant une rigidité amoindrie lors du refroidissement afin de garantir la santé métallurgique des aubes monocristallines. À l'aide de différents critères d'optimisation déterminés à partir des étapes critiques de la fonderie, de nouvelles matières premières ont été sélectionnées pour être ensuite incorporées dans la carapace. L'évolution de la structure, de la microstructure et des propriétés thermomécaniques de ces nouveaux moules modifiés a ensuite été étudiée avec minutie puis comparée au standard industriel pour identifier la composition dont le comportement est le mieux adapté à la fonderie des aubes monocristallines. Une vérification de leur capacité à éviter la recristallisation a été effectuée à l’aide des simulations numériques reproduisant les conditions industrielles en implémentant les propriétés de la carapace obtenues expérimentalement dans les modèles préexistants. Finalement, des tests de traction-compression sont réalisés pour mettre en évidence le comportement thermomécanique non-linéaire des moules de carapace (standard et modifiés) ce qui donne un aperçu complet du comportement thermomécanique réel de ces moules céramiques tout au long du processus de coulée.