Brevet FR2999287A1 — publié le 20140613

Procédé de réalisation d'au moins une éprouvette représentative d'une pièce rechargée La présente invention concerne un procédé de réalisation d'au moins une éprouvette représentative d'une pièce rechargée, destinée à un essai de caractérisation mécanique, en particulier en aéronautique. L'usure et la dégradation de pièces, notamment de pièces d'une turbomachine, créent des détériorations qui affectent les dimensions et la résistance des pièces. Afin de prolonger la durée de vie d'une pièce onéreuse, il est connu d'usiner la partie dégradée de la pièce, de recharger la partie ainsi usinée, puis d'effectuer un usinage final afin de recréer la géométrie de la pièce initiale. Le rechargement peut être effectué par exemple par soudage, par rechargement laser ou par rechargement par faisceau d'électrons, comme cela est bien connu en soi. Afin d'évaluer les caractéristiques mécaniques des pièces rechargées, il est nécessaire de développer des essais de caractérisation mécanique utilisant des éprouvettes soumises à des contraintes mécaniques dans une machine d'essai, telles que des contraintes de compression, de traction, de fatigue ou encore des contraintes thermiques. Une éprouvette comporte classiquement deux extrémités destinées à être montées dans des mors ou des brides de la machine d'essai, et une zone médiane destinée par exemple à se déformer, à se rompre ou à se fissurer lors de l'essai. Il est connu d'usiner des éprouvettes métalliques dans une base formée par soudage bout à bout de deux pièces, dans l'alliage représentatif de la pièce concernée. Lors du soudage, les bords adjacents des pièces sont chauffées de sorte que la zone du métal affectée par le chauffage, également appelée zone affectée thermiquement ou ZAT, présente une modification locale de sa microstructure et de son état métallurgique. Ceci peut induire des fragilités, des baisses de résistance mécanique, ou encore des manques de ductilité. Ces modifications dépendent notamment du matériau soudé, du procédé utilisé ou du mode opératoire suivi. Lors de la réalisation d'une telle éprouvette, une première extrémité est usinée dans l'une des pièces, une seconde extrémité est usinée dans l'autre pièce et la zone médiane comporte une partie du cordon de soudure et les zones affectées thermiquement des deux pièces. Au cours d'un essai, l'ensemble de la zone médiane est soumis à des contraintes. Il n'est donc pas possible d'isoler l'influence du 10 cordon de soudure sur les résultats obtenus, indépendamment de l'influence de la zone affectée thermiquement. En outre, une telle éprouvette n'est pas représentative d'une pièce réparée par un procédé de rechargement tel que décrit précédemment (rechargement du sommet de pale, par exemple). 15 L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un procédé de réalisation d'au moins une éprouvette représentative d'une pièce rechargée, destinée à un essai de caractérisation mécanique, comportant les étapes consistant à: 20 - préparer une base par application d'une succession de couches de matériau de rechargement sur un substrat, - extraire au moins une éprouvette de ladite base, l'éprouvette comportant deux zones d'extrémité destinées à être fixées sur des mors ou des brides d'une machine d'essai, et une zone médiane située entre 25 lesdites zones d'extrémité. La microstructure et les caractéristiques mécaniques de l'éprouvette sont ainsi représentatives d'une pièce rechargée. Selon une première forme de réalisation, les deux zones d'extrémité et la zone médiane sont toutes extraites de la zone rechargée 30 de la base, formée de la succession de couches de rechargement. Une telle éprouvette permet de déterminer l'influence du procédé de rechargement (par exemple l'influence du soudage), sur les caractéristiques mécaniques du matériau, indépendamment de la zone affectée thermiquement située dans le substrat. Selon une seconde forme de réalisation, une partie de l'éprouvette est extraite du substrat et une autre partie de l'éprouvette est extraite de la zone rechargée de la base, formée des couches de rechargement. De préférence, une première zone d'extrémité et une première partie de la zone médiane est extraite du substrat, et une seconde zone d'extrémité et une seconde partie de la zone médiane sont extraites de la zone rechargée de la base. Dans ce cas, la zone affectée thermiquement influence également les résultats obtenus lors de l'essai. Par comparaison avec l'éprouvette selon la première forme de réalisation, il est possible d'en déduire l'influence réelle de la zone affectée thermiquement. Selon une caractéristique de l'invention, les couches de rechargement sont réalisées en un matériau identique ou similaire à celui du substrat. Avantageusement, les couches de rechargement sont appliquées sur le substrat par soudage, par exemple par soudage TIG, par rechargement par faisceau d'électrons, ou par rechargement laser. De tels procédés de rechargement sont bien connus de l'homme du métier et leur mise en oeuvre ne sera donc pas détaillée. Chaque zone d'extrémité de l'éprouvette peut avoir une plus grande section que la zone médiane. Bien entendu, il est également possible d'utiliser des éprouvettes à section constante, par exemple des éprouvettes cylindriques. L'invention concerne également un procédé de caractérisation mécanique comportant les étapes consistant à: - réaliser au moins une éprouvette représentative d'une pièce rechargée à l'aide du procédé précité, - fixer les zones d'extrémité de l'éprouvette à des mors ou à des brides d'une machine d'essai, - soumettre l'éprouvette à des contraintes mécaniques, par exemple à des contraintes de compression et/ou de traction, et/ou à des contraintes thermiques. Dans ce cas, on peut en déduire l'abattement d'au moins une caractéristique mécanique d'une pièce rechargée, simulée par l'éprouvette, par rapport à une pièce saine non rechargée. L'invention concerne enfin un procédé comportant les étapes consistant à : - réaliser au moins une première éprouvette selon la première forme de réalisation précitée, - soumettre la première éprouvette à des contraintes mécaniques, - réaliser au moins une seconde éprouvette selon la seconde forme de réalisation précitée, de sorte que la zone médiane de la seconde éprouvette soit constituée, pour partie, de couches de rechargement, et pour partie du substrat dont une zone est affectée thermiquement par le dépôt des couches de rechargement, - soumettre la seconde éprouvette à des contraintes mécaniques. La comparaison entre les résultats obtenus avec la première 25 éprouvette et ceux obtenus avec la seconde éprouvette permettent d'en déduire l'influence réelle de la zone affectée thermiquement sur les caractéristiques mécaniques d'une pièce. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la 30 description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique illustrant un procédé de réalisation d'une éprouvette de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue schématique illustrant un procédé de réalisation d'une éprouvette selon une première forme de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue schématique illustrant un procédé de réalisation d'une éprouvette selon une seconde forme de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre un procédé de réalisation d'au moins une éprouvette 1 de l'art antérieur consistant à souder bout à bout deux tôles métalliques 2, 3, par exemple par soudage TIG, de façon à former une base 4. La base 4 comporte ainsi deux tôles 2, 3 dont les bords adjacents sont reliés par un cordon de soudure rectiligne 5. Comme indiqué précédemment, chaque tôle 2, 3 comporte une zone 6 qui est affectée thermiquement lors de l'échauffement induit par le soudage. L'étendue de cette zone 6 dépend notamment du matériau des tôles 2, 3, du type de soudage réalisé, ou encore des paramètres du procédé de soudage. Chaque éprouvette 1 comporte une première extrémité 7 usinée dans l'une 2 des tôles, une seconde extrémité 8 usinée dans l'autre 20 tôle 3 et une zone médiane 9 comportant une partie du cordon de soudure 5 et des zones affectées thermiquement 6. Comme indiqué précédemment, lors d'un essai de caractérisation, l'ensemble de la zone médiane 9 est soumis à des contraintes. Il n'est donc pas possible d'isoler l'influence du cordon de 25 soudure 5 sur les résultats obtenus, indépendamment de l'influence des zones affectées thermiquement 6. En outre, une telle éprouvette 1 n'est pas représentative d'une pièce réparée par un procédé de rechargement tel que décrit précédemment. 30 La figure 2 illustre un procédé de réalisation d'une éprouvette la selon une première forme de réalisation de l'invention, consistant à préparer une base 4 par application d'une succession de couches 10 de matériau de rechargement sur un substrat 11. Le substrat 11 est une tôle, par exemple en un alliage à base de Nickel, et le rechargement est effectué par soudage à l'aide d'un alliage à base de Nickel. Ces deux alliages peuvent être différents, pour des raisons d'approvisionnement, mais restent tout de même similaires en ce qu'ils ont la même base (Ni). Comme précédemment, le substrat 11 comporte une zone affectée thermiquement 6, due à l'échauffement de la matière lors de la réalisation des premières couches de rechargement 10. On extrait ensuite au moins une éprouvette 1 par usinage de cette base 4. L'éprouvette la comporte deux zones d'extrémité 7, 8 destinées à être fixées sur des mors ou des brides d'une machine d'essai, et une zone médiane 9 située entre lesdites zones d'extrémité 7, 8. La zone médiane 9 est de plus faible section que les zones d'extrémité 7, 8. Dans cette forme de réalisation, toutes les zones 7, 8, 9 de l'éprouvette la sont extraites de la zone rechargée 12 de la base 4, formée de la succession de couches de rechargement 10. Ainsi, lors d'un essai de caractérisation mécanique, seul le procédé de rechargement (ici le soudage), influence les caractéristiques mécaniques de l'éprouvette 1 a. La figure 3 illustre un procédé de réalisation d'une éprouvette lb selon une seconde forme de réalisation de l'invention, qui diffère du procédé de la figure 2 en ce que l'éprouvette est extraite de la base 4 de telle manière qu'une première zone d'extrémité 7 et une première partie 9a de la zone médiane 9 sont extraites du substrat 11, et qu'une seconde zone d'extrémité 8 et une seconde partie 9b de la zone médiane 9 sont extraites de la zone rechargée 12 de la base 4. Dans ce cas, la première partie 9a de la zone médiane 9 comporte la zone affectée thermiquement 6 du substrat 11. On comprend aisément que, lors d'un essai de caractérisation à l'aide d'une telle éprouvette 1 b, la zone affectée thermiquement 6 influence également les résultats obtenus lors d'un essai de caractérisation mécanique. Par comparaison avec l'éprouvette la selon la première forme de réalisation, il est possible d'en déduire l'influence réelle de la zone affectée thermiquement 6. Ceci permet notamment de déterminer si cette zone affectée thermiquement 6 engendre un abattement important des caractéristiques mécaniques (baisse de la résistance mécanique, manque de ductilité, ...). Dans l'affirmative, lors de la réparation d'une pièce de turbomachine par exemple, il sera nécessaire de placer la zone affectée thermiquement 6 dans une zone non critique, c'est-à-dire dans une zone qui n'est pas soumise à des contraintes mécaniques et/ou thermiques importantes, par exemple en retirant plus de matière par usinage avant de reconstruire la partie ainsi usinée par rechargement. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'au moins une éprouvette (1a, 1 b) représentative d'une pièce rechargée, destinée à un essai de caractérisation mécanique, comportant les étapes consistant à: - préparer une base (4) par application d'une succession de couches de matériau de rechargement (10) sur un substrat (11), - extraire au moins une éprouvette (1a, 1 b) de ladite base (4), l'éprouvette (1a, 1 b) comportant deux zones d'extrémité (7, 8) destinées à 10 être fixées sur des mors ou des brides d'une machine d'essai, et une zone médiane (9) située entre lesdites zones d'extrémité (7, 8). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux zones d'extrémité (7, 8) et la zone médiane (9) sont toutes extraites de la zone rechargée (12) de la base (4), formée de la succession de couches de 15 rechargement (10). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie (7, 9a) de l'éprouvette (1a) est extraite du substrat (11) et une autre partie (8, 9b) de l'éprouvette (1a) est extraite de la zone rechargée (12) de la base (4), formée des couches de rechargement (10). 20 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que une première zone d'extrémité (7) et une première partie (9a) de la zone médiane (9) sont extraites du substrat (11), et une seconde zone d'extrémité (8) et une seconde partie (9b) de la zone médiane (9) sont extraites de la zone rechargée (12) de la base (4). 25 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les couches de rechargement (10) sont réalisées en un matériau identique ou similaire à celui du substrat (11). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les couches de rechargement (10) sont appliquées sur le substrat (11) 30 par soudage, par exemple par soudage TIG, par rechargement par faisceau d'électrons, ou par rechargement laser. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque zone d'extrémité (7, 8) de l'éprouvette (1a, 1 b) a une plus grande section que la zone médiane (9). 8. Procédé de caractérisation mécanique comportant les étapes consistant à: - réaliser au moins une éprouvette (1a, 1 b) représentative d'une pièce rechargée à l'aide du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, - fixer les zones d'extrémité (7, 8) de l'éprouvette (1a) à des mors ou à des brides d'une machine d'essai, - soumettre l'éprouvette (1a, 1 b) à des contraintes mécaniques, par exemple à des contraintes de compression et/ou de traction, et/ou à des contraintes thermiques. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on en déduit l'abattement d'au moins une caractéristique mécanique d'une pièce rechargée, simulée par l'éprouvette (1a, lb), par rapport à une pièce saine non rechargée. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, comportant les étapes consistant à : - réaliser au moins une première éprouvette (1a) à l'aide du procédé selon la revendication 2, - soumettre la première éprouvette (1a) à des contraintes mécaniques, - réaliser au moins une seconde éprouvette (1 b) à l'aide du procédé selon la revendication 4, de sorte que la zone médiane (9) de la seconde éprouvette (1 b) soit constituée, pour partie (9b), de couches de rechargement (10), et pour partie (9a) du substrat (11) dont une zone (6) est affectée thermiquement par le dépôt des couches de rechargement (10), - soumettre la seconde éprouvette (1 b) à des contraintes 30 mécaniques.