Prévoir les défaillances des superalliages monocristallins
Les aubes utilisées dans les turbines à gaz sont soumises à des températures et des tensions extrêmement élevées durant leur fonctionnement. La complexité et le degré élevé de corrélation entre ces mécanismes d'endommagement rendent leur étude difficile. Par exemple, les besoins en alimentation au démarrage, à l'arrêt et lors des modifications de puissance peuvent générer un effet de fluage et des cassures de fatigue combinés à des effets de rupture non souhaités. Augmenter la protection contre les défaillances nécessite l'emploi de matériaux, de revêtements et de schémas de refroidissement élaborés et/ou leur emploi conjugué. Les pratiques industrielles actuelles utilisent des superalliages à base de nickel monocristallin pour les aubes des turbines à gaz modernes. Ceci est principalement dû à leur aptitude à accroître la température d'admission de la turbine et par conséquent à réduire la consommation en carburant des blocs d'alimentation. Recouverts de TBC, ces matériaux élaborés peuvent considérablement améliorer l'efficacité thermodynamique des aubes. Malgré tout, les ruptures semblent inévitables dans la mesure où divers effets indésirables se manifestent, y compris la détérioration du substrat, l'oxydation et la dégradation du TBC. Face à cela, les responsables de ce projet ont analysé les mécanismes d'endommagement des superalliages à base de nickel monocristallin, qu'ils soient ou non protégés par un revêtement. Ces études consacrées à la microstructure de ces matériaux ont permis de modéliser les dommages qui se produisent lors des phénomènes de fatigue et de dégradation du TBC. Des modèles mécaniques développés à petite, moyenne et grande échelle ont été utilisés pour développer des outils d'évaluation permettant de prévoir la durée de vie des aubes dans les turbines actuelles. Plus particulièrement, ces modèles sont basés sur la microstructure des précipités, les défauts de coulée et les propriétés protectrices du TBC. L'analyse de la structure a également permis de valider plusieurs outils d'évaluation de la durée de vie. Cette possibilité de prévoir la durée de vie, laquelle est étroitement liée aux outils d'évaluation développés, devrait procurer d'importants avantages aux fabricants et aux utilisateurs de turbines à gaz. Elle peut contribuer à concevoir des aubes plus fiables et plus durables et à définir avec précision des programmes de réparation pour réduire les temps d'arrêt et augmenter le rendement.
