Aubes et pieds d‘aubes
Type de composants:
Aubes, Fan, Blisks
Matières:
Ti6Al4V, inconel, CFRP et composites
Les alliages de titane maintiennent leur niveau de résistance mécanique à hautes températures, ayant des coefficients de conduction thermique très faibles.
Les inconels sont des superalliages qui offrent une combinaison unique de résistance à la corrosion à très hautes températures, résistance à l’oxydation et à la fracture.
Les nouvelles générations de composites CFRP sont aussi une technologie de choix pour les aubes du fan.
Les alliages (α-ß)
Ces alliages contiennent les deux phases α et ß ainsi que les stabilisateurs α et ß. La version de titane la plus répandue est le TA6V aussi appelé Ti6Al4V, qui est principalement utilisé par l’industrie aéronautique. Ce type d’alliage est facile à former et offre une très haute résistance à température ambiante et une résistance de bon niveau à très hautes températures. Les propriétés de ces titanes peuvent être influencées par le traitement thermique.
Les alliages ß
Les alliages ß contiennent des éléments de transition tels que du vanadium, niobium, tantalum ou molybdène qui stabilise la phase ß. Les exemples commerciaux les plus répandus de ce type d’alliages sont les titanes 5553, Ti11.5Mo6Zr4.5Sn, Ti15V3Cr3Al3Sn. Les alliages ß subissent bien les traitements thermiques, peuvent être soudés et offre une très bonne résistance mécanique. Ils ont de bonnes propriétés pour les forges. Ces alliages sont cependant plus sensibles à la transition ductile et donc inadaptés aux applications cryogéniques. Les alliages ß sont aussi souvent utilisés sous forme de plaques, pour des sections de pièces fortes, ainsi que pour les rivets et ressorts.
Les alliages à base Nickel
Les alliages à base Nickel sont les plus utilisés de la famille des superalliages. Ils sont souvent trouvés dans les turbines aéronautiques et de génération d’énergie, ainsi que les industries pétrochimiques et nucléaires. Les alliages à bases de nickel sont renforcés par 2 méthodes : soit par précipitation de phase intermétallique ou par l’addition d’éléments plus résistants. Les alliages tels que l’inconel 625 ou l’hastelloy X sont renforcés par de tels éléments. Ces alliages peuvent aussi être renforcés par l’addition de carbure.
Une troisième famille de superalliages, représentée par un typique MA-754 est renforcée par la dispersion de particules inertes de type Y2O3 et dans certains cas de γ´ (gamma prime) dans une précipitation MA-600E.
Ces alliages Nickel se retrouvent sous forme forgée ou matricée Des compositions fortes en alliages telles que le René 95, Udimet 720 ou IN100 sont produites par technologies des poudres puis forgées.
Pour ces alliages un élément de renfort γ´ est ajouté par précipitation (tel que pour René 80 ou MAR-M247), tandis que γ˝ est utilisé pour l’inconel 718. Les alliages qui contiennent du niobium, titane ou aluminium, tel que l’inconel 725, utilisent les deux γ´ and γ˝.
Alliages base de Cobalt
Les alliages à base de cobalt ont un excellent niveau de résistance à la corrosion à des températures supérieures à 2000°F (1093°C) et trouvent leurs applications dans les parties les plus chaudes des turbines à gaz et à la combustion. Ils existent en forme forgée et/ou matricée et sont caractérisés par une solution de solide renforcée (Fer, Chrome ou Tungstène), par une matrice austénitique dans laquelle une petite quantité de carbures sont précipités (titane, tantale, hafnium et/ou niobium). Ces alliages sont donc dépendants de carbures, au lieu de γ´, pour leur renforcement, ce qui leurs permet d’avoir une meilleure résistance à la fatigue thermique que les alliages à base de nickel. Ces alliages matricés tels que le Stellite 31 sont utilisés sur les vannes et aubes de turbines. Les alliages forgés, tels que Haynes 25, sont utilisés sous forme de plaques, pour les pièces de zone de combustion.
Alliages de Fer et Nickel
Les superalliages de Fer et Nickel sont similaires aux aciers inoxydables austénitiques, à l’exception de l’addition d’agent γ´. Ils ont une résistance aux fortes températures inférieure aux autres super alliages et sont généralement produits sous forme forgée pour les disques et aubes de turbines. Ces alliages tels que les Haynes 556 et 19-9DL sont traités en solution solide avec du molybdène, tungstène, titane et Niobium. Les alliages tels que les A286 et Incoloy 908 sont traités par précipitions. Les précipités les plus connus sont γ´, (Ni3 [Al, Ti]) (par exemple pour A286), et γ˝, (Ni3Nb) (pour Incoloy 909). Un autre groupe d’alliages de fer et nickel, où s’ajoute des carbures et nitrures pour offrir un taux d’élongation thermique très faible, trouve ses applications dans les carters et axes de turbines (Incoloy 903 et 907).
Les matériaux composites sont typiquement constitués d’une matrice peu dur mais tenace, avec des fibres de renforcement très résistante set rigides. Les polymères renforcés par des fibres organiques sont les plus choisis.
Les fibres de renfort sont :
Les matrices de polymère sont :
Des designs avec de nouveaux profiles et des matériaux très légers offrent un excellent rendement et génèrent bien moins d’émissions.
A ce jour, le titane est le matériau le plus répandu pour ces composants, mais les matières composites deviennent le standard pour les aubes du fan.
Au niveau du compresseur, où seules des matières capables de résister aux fortes températures sont applicables, les aubes et disques sont de plus en plus souvent remplacées par des structures monolithiques (blisks) pour des gains de poids supplémentaires.
Les géométries complexes des aubes et blisks, dans des matériaux difficiles à usiner, impliquent de très longs cycles d’usinage sur des machines 5 axes.
Ces nombreuses heures d’usinage nécessitent des outils coupant très fiables !
Les fixations des aubes requiert aussi une précision de profile très importante.
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