Technologie de traitement thermique par recristallisation

Une fine tige de superalliage imprimé en 3D est extraite d'un bain-marie et passée à travers une bobine d'induction, où elle est chauffée à une température qui modifie sa microstructure, rendant le matériau plus élastique.

Les aubes de turbine à gaz sont généralement fabriquées à l’aide de procédés de moulage traditionnels. Les fabricants versent le métal en fusion dans des moules complexes, lui permettant de se solidifier de manière directionnelle, puis utilisent divers outils d'usinage pour finir les pièces métalliques finales. Les pales doivent pouvoir tourner à grande vitesse dans des gaz extrêmement chauds pour produire de l'électricité dans les centrales électriques et fournir une poussée aux moteurs à réaction.

Cependant, la fabrication d’aubes de turbine par impression 3D suscite un intérêt croissant, une méthode respectueuse de l’environnement et rentable qui permet aux fabricants de produire des géométries d’aubes plus complexes et plus économes en énergie. Malheureusement, il y a un obstacle de taille à surmonter : le fluage.

Le fluage est la tendance des métaux à se déformer de façon permanente sous une contrainte mécanique soutenue et des températures élevées. Des recherches antérieures ont montré que le processus d’impression 3D produit de fines particules allant de dizaines à plusieurs centaines de microns. Bien que peu visible à l’œil nu, cette microstructure est particulièrement sensible au fluage.

"En termes pratiques, cela signifie que les turbines à gaz auront une durée de vie plus courte ou seront moins économes en carburant", explique Zachary Cordero, professeur de développement de carrière chez Boeing en aéronautique et astronautique au MIT.

Pour résoudre ce problème, Cordero et ses collègues ont trouvé un moyen d'améliorer la structure des alliages imprimés en 3D en ajoutant une nouvelle étape de traitement thermique. Cette méthode transforme les grains fins du matériau imprimé en grains « colonnaires » plus gros, une microstructure plus solide qui minimise le fluage dans le matériau. Les « piliers » du grain sont alignés avec l’axe de contrainte maximale.

Les auteurs de la nouvelle étude affirment qu’une nouvelle méthode de traitement thermique pourrait révolutionner l’impression 3D industrielle des aubes de turbines à gaz.

Cordero a déclaré : « Dans un avenir proche, nous nous attendons à ce que les fabricants de turbines à gaz impriment leurs aubes et aubes dans de grandes usines de fabrication additive, puis les post-traitent à l'aide de notre traitement thermique. L'impression 3D permettra de nouvelles architectures de refroidissement qui amélioreront l'efficacité thermique du turbine, produisant ainsi la même quantité d'électricité tout en brûlant moins de carburant et en émettant finalement moins de dioxyde de carbone.

Configuration de recristallisation directionnelle. Retirez l'échantillon du liquide de refroidissement à travers la zone chaude. Le fort gradient thermique devant la zone chaude maintient une forte densité de dislocations conduisant au front de recristallisation.

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