Brevet FR2516943A1 — publié le 19830527

Procédé pour l'accroissement de la fiabilité d'un ensemble de pièces de construction, notamment d'au- bes de turbines ". L'invention concerne un procédé de contrôle pour accrottre la fiabilité d'un ensemble de pièces de construction déjà sollicitées par des forces de fluage, notamment des pièces pourvues d'un placage de revêtement, telles que des aubes de turbo- moteurs et de turbines. Les pièces de construction sol- licitées au fluage, généralement constituées de métal, sont sujettes, dans leur mise en oeuvre, à des modifi- cations du matériau Il s'agit notamment de formation de séparations par décollage, de rugosité de ces décol- lements, de déformation de ces décollements en fonction d'équilibres thermodynamiques, ainsi que formation de pores de fluage et de fissures Une superposition de ces divers effets conduit, en règle générale, à une défaillance de la pièce de construction par rupture au cours du temps. S'il n'est pas possible de véri- fier sans destruction de matière de telles pièces de construction une fois mises en oeuvre, on a recours, généralement, à des recherches de contrôle de la structure interne sur un échantillon d'essai représenta- tif Ce procédé est cependant affecté de certains fac- teurs d'insécurité, qui ont essentiellement leur source dans la prise de l'échantillon Ce procédé est particu- lièrement peu satisfaisant pour l'évaluation de la durée de vie restante d'aubes de turbines, car, en raison du grand nombre d'aubes de la couronne d'une turbine, la probabilité pour que des endommagements ou des modifica- tions de structure importantes ne soient pas décelés par l'échantillon d'essai, ne peut pas être réduite autant qu'on le désire, pour des raisons économiques. La présente invention a pour but d'accroître la fiabilité d'un ensemble de pièces de construction tel que défini plus haut. Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé de contrôle caractérisé en ce que les pièces de construction déjà sollicitées par des forces de fluage sont soumises à une opération de pressage isostatique à chaud. Grace à ce pressage isostatique à chaud, c'est-à-dire à ce traitement thermique sous pres- sion isostatique, en vue d'un accroissement de la fiabi- lité de l'ensemble des pièces de construction, les modi- fications de structure de matière auxquelles ont été sujettes les pièces de construction sollicitées au fluage sont supprimées en grande partie, de telle sorte que ces pièces peuvent être remises en service après ce traitement En outre, pour des pièces pourvues d'un placage de revêtement, et également en vue d'un accrois- sement de la fiabilité de l'ensemble, on réalise, grâce à cette pression isostatique, la condition nécessaire pour une vérification, ou une vérification d'exécution simple en ce qui concerne le triage des pièces de l'en- semble auquel on procédera ensuite avec plus de préci- sion. L'invention prévoit diverses for- mes de réalisation décrites dans la suite La fermeture des pores et fissures de fluage est obtenue dans des pièces de construction non pourvues de revêtement, pour autant que les pores et fissures ne s'étendent pas jusqu'à la surface extérieure de la pièce Mais, dans des pièces de construction composites, c'est-à-dire présentant une couche et/ou plusieurs couches superpo- sées, la fermeture est souvent obtenue lorsque les pores et fissures de fluage s'étendent jusqu'à la sur- face extérieure du matériau de base (pores et fissures extérieures de matériau de base). Grâce à la réalisation de cette fermeture des pores et fissures conforme à l'invention, la durée de service de la pièce de construction est accrue par l'opération de pressage isostatique à chaud, pour autant que des fissures n'arrivent pas sur la sur- face extérieure de cette pièce de construction Cet accroissement de durée s'élève fréquemment à au moins 50 %, par exemple dans le cas d'alliages forgés à base de nickel qui sont constitués essentiellement, en poids, par exemple, de 14 % de chrome, environ 1,2 % de titane, environ 5 % d'aluminium, environ 20 % de cobalt, environ % de molybdène, environ 1 % de silicium, environ 1 % de manganèse, environ 2 % de fer, environ 0,2 % de carbone, et environ 50 % de nickel. Si un tel produit est soumis, con- formément, à une pression isostatique élevée, notamment supérieure à 1250 bars, pour modifier la structure en solution des composants de l'alliage, en vue d'une homogénéisation et d'une réduction des séparations, la résistance mécanique, la résistance à la traction, la ductilité (allongement) et la résistance aux vibra- tions, dans le temps, sont accrues en particulier dans les alliages forgés à base de nickel Par exemple, dans 2516943- le cas d'un alliage forgé à base de nickel avec les proportions de composants mentionnées plus haut, on obtient un accroissement de la possibilité de déforma- tion, dans l'essai de choc avec entaille, de 400 %, avec résistance à la traction accrue. L'emploi de températures relati- vement plus basses, inférieures à la température de solution par fusion du matériau de base, donne la pos- sibilité d'un pressage isostatique à chaud de pièces de construction pourvues d'un placage de revêtement, sans que des effets inadmissibles de fragilisation et de diffusion se produisent dans le placage, et/ou dans le matériau de base Il est alors inutile de retirer le placage du matériau de base avant de procéder au pressage isostatique à chaud. _Le placage de revêtement recouvre et dissimule les fissures extérieures du matériau de base, de telle sorte qu'elles ne peuvent être décelées qu'avec une dépense de moyens très importante Par le pressage isostatique à chaud, conformément à l'inven- tion, elles sont fermées, comme indiqué plus haut, ou sinon, elles s'ouvrent sous l'effet du pressage, ce qui permet de déceler une formation de fissure dans le -revêtement Cette ouverture, c'est-à-dire la déchirure du revêtement à l'extérieur de la fissure extérieure du matériau de base, constitue une bonne préparation à une vérification, ou même une vérification facile à réaliser. Ainsi, les fissures sont maintenant rendues visibles avec un microscope La conclusion de cette observation conduit alors, suivant que la grandeur de fissure soit inadmissible ou acceptable, à un échange de cette pièce de construction ou à sa conservation dans l'ensemble. On évite ainsi le risque du maintien de pièces de cons- truction trop fortement endommagées, par exemple par la remise en service d'aubes de turbines défectueuses. 16943 Les paramètres du pressage isosta- tique à chaud conforme à l'invention sont tels que la température soit égale à la température de placage du revêtement, c'est-à-dire inférieure à la température de solution par fusion du matériau de base, et la pression isostatique est comprise environ entre 950 et 2 000 bars, la durée du pressage étant de quatre heures environ, Dans le cas de l'alliage à base de nickel avec les pourcentages de composant inentionnés plus haut, et avec une couche d'aluminium appliquée par diffusion, la température de traitement s'élève à envi- ron 10500 C et la pression isostatique à environ 1300 bars, la durée de pressage étant de 1,5 heure. Dans l'ensemble de pièces mention- né, ou couronne d'aubes de moteur turbo ou de turbine, il s'agit en premier lieu d'aubes, d'une turbine à gaz notamment Mais les pièces de construction citées au début peuvent être également, par exemple, des raccords coudés ou des tuyaux courbes. La matière première ou le matériau de base des pièces de construction mentionnées au début est en général un métal ou un alliage métallique, notam- ment un alliage à base de nickel Les pièces de cons- truction peuvent être constituées par exemple en une ma- tière première ou un matériau de base d'une dureté exceptionnelle: en particulier les aubes de turbine mentionnées sont ainsi faites Il s'agit ici par exemple, d'un alliage à base de nickel. Dans le cas des pièces de cons- truction pourvue d'un placage mentionnées au début, le revêtement est par exemple une couche d'aluminium ou de chrome déposée par diffusion, ou une couche plaquée, telle que, par exemple, une couche de cobalt-chrome- aluminium ytrium, une couche isolante de la chaleur, -2516943 par exemple en oxyde de zirconium (Zr 20), ou la super- position d'au moins deux de ces couches Plus particu- lièrement les aubes de turbines citées sont pourvues d'un revêtement de ce genre. REVENDICATIONS R E V E M D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé pour l'accroissement de la fiabilité d'un ensemble de pièces de construction, déjà sollicitées par des forces de fluage, notamment de pièces pourvues d'un revêtement, telles que des aubes ou ailettes de turbo-moteurs et de turbines, procédé caractérisé en ce que les pièces de construction déjà sollicitées au fluage sont soumises à un pressage iso- statique à chaud. 2 ) Procédé suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le pressage isostatique à chaud a pour effet de fermer les pores dus au fluage et les fissures. 3 ) Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, par une pression isostatique élevée, notamment supérieure à 1250 bars, le comportement en solution des éléments d'alliage est modifiée, dans le sens d'une homogénéi- sation et d'une réduction des séparations. 4 j Procédé suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas de pièces pourvues d'un placage de revête- ment, le pressage isostatique à chaud est exécuté à une température inférieure à la température de fusion du matériau de base. ) Procédé suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce que, si les fissures ex- térieures du matériau de base ne sont pas fermées par le pressage isostatique à chaud, la placage est déchi- ré à cet endroit, ce qui permet de déceler la fissure en vue de mise au rebut de la pièce de construction en question. 6 ) Procédé suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans ce pressage isostatique à chaud, la tempé- rature est à peu près égale à la température de placage du revêtement et inférieure à la température de fusion en solution du matériau de base, la pression isostati- que étant comprise entre environ 950 et 2000 bars, et la durée de pressage pouvant aller Jusqu'à environ 4 heures. 7 ) Procédé suivant la revendica- tion 6, caractérisé en ce que, dans le cas d'un alliage forgé à base de nickel conmme matériau de base de la pièce de construction, avec une couche de diffusion ou une couche plaquée, cette température est comprise en- tre 950 et 1150 'C, la pression isostatique est comprise entre 1200 et 1400 bars et la durée de pressage est comprise entre 1 et 2 heures.