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Voisin, Thomas. Exploration de la voie SPS pour la fabrication d'aubes de turbine pour l'aéronautique : développement d'un alliage TiAI performant et densification de préformes

Voisin, Thomas (2014). Exploration de la voie SPS pour la fabrication d'aubes de turbine pour l'aéronautique : développement d'un alliage TiAI performant et densification de préformes.

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Résumé en francais

Dans le but de réduire la consommation de carburant, le bruit et les émissions de gaz à effet de serre, les aluminures de titane (TiAl) font partie des meilleurs candidats pour la fabrication d'aubes de turbine des étages basse pression des moteurs d'avion. Les alliages TiAl combinent une haute résistance mécanique aux températures de service et une excellente résistance à l'oxydation. Après 30 ans de développement, des aubes de turbines en TiAl ont été intégrées aux nouvelles générations de moteurs par différents motoristes comme GENERAL ELECTRIC et SNECMA-SAFRAN. Cependant, ces alliages souffrent toujours d'une faible ductilité à température ambiante, d'une résistance au fluage limitée et d'un procédé de fabrication difficile et couteux. C'est dans ce contexte que notre travail visait à explorer et valider le SPS comme voie de fabrication de préformes d'aubes de turbine. Pour cela, nous avons travaillé sur la maitrise de ce procédé, développé un alliage performant remplissant le cahier des charges industriel et fabriqué des préformes d'aube. Le Spark Plasma Sintering (SPS) est un procédé de métallurgie des poudres où la densification a lieu grâce à l'application simultanée d'un courant électrique pulsé de forte intensité et d'une pression uni-axiale. Premièrement, après une étude de l'effet du bore dans les alliages TiAl frittés, deux alliages ont été densifiés par SPS et étudiés. Des observations MEB, des essais de traction et de fluage et des études de plasticité, par des observations MET conventionnelles et des essais de traction in situ, ont permis d'optimiser les microstructures afin d'obtenir les meilleures propriétés mécaniques. Finalement, ces travaux ont conduit à l'obtention d'un alliage aux propriétés mécaniques remarquables dépassant largement le cahier des charges, ouvrant alors la voie à des applications à encore plus haute température. Cet alliage de composition chimique Ti-Al48-W2-B0.08 a fait l'objet d'un dépôt de brevet. Le deuxième objectif portait sur la réalisation de préformes d'aubes de turbine par SPS. De manière à comprendre les processus de densification et optimiser la méthode et l'outillage utilisés, des pièces de formes de plus en plus complexes ont été densifiées jusqu'à l'obtention d'une préforme de taille réduite. Ensuite, un changement d'échelle rendu possible par l'utilisation d'une machine SPS de taille industrielle a conduit à la réalisation de deux types de préforme d'aube. Ces résultats ont conduit au dépôt d'un second brevet.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Couret, Alain
Monchoux, Jean-Philippe
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Aluminures de titane - Spark Plasma Sintering - Propriétés mécaniques - Plasiticité - Aubes de turbine - Frittage Flash
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :24 Nov 2014 11:26