FR2516943A1 - PROCESS FOR INCREASING THE RELIABILITY OF A SET OF BUILDING PARTS, IN PARTICULAR TURBINE BLADES - Google Patents
PROCESS FOR INCREASING THE RELIABILITY OF A SET OF BUILDING PARTS, IN PARTICULAR TURBINE BLADES Download PDFInfo
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Abstract
A.LE PROCEDE EST DESTINE A AUGMENTER LA FIABILITE D'UN JEU DE PIECES DE CONSTRUCTION, EN PARTICULIER D'AUBES DE TURBINES, QUI ONT DEJA ETE SOLLICITEES PAR DES FORCES DE FLUAGE. B.ON SOUMET LES PIECES QUI ONT SUBI DEJA DES FORCES DE FLUAGE A UNE COMPRESSION ISO-STATIQUE A CHAUD, QUI FERME LES PORES ET FISSURES QUI SE SERAIENT PRODUITES. C.CE TRAITEMENT PERMET D'AUGMENTER LA DUREE DE MISE EN SERVICE DES SERIES DE PIECES DE CONSTRUCTION, D'AUBES DE TURBINES EN PARTICULIER.A. THE PROCESS IS INTENDED TO INCREASE THE RELIABILITY OF A SET OF CONSTRUCTION PARTS, IN PARTICULAR TURBINE BLADES, WHICH HAVE ALREADY BEEN TAKEN BY CREEP FORCES. B. THE PARTS WHICH HAVE ALREADY HAVE BEEN UNDER THE FORCES OF CREEP TO A HOT ISO-STATIC COMPRESSION, WHICH CLOSES THE PORES AND CRACKS WHICH HAVE OCCURRED. C. THIS TREATMENT ALLOWS TO INCREASE THE DURATION OF COMMISSIONING OF THE SERIES OF CONSTRUCTION PARTS, IN PARTICULAR TURBINE BLADES.
Description
Procédé pour l'accroissement de la fiabilité d'unMethod for increasing the reliability of a
ensemble de pièces de construction, notamment d'au- set of construction parts, in particular from
bes de turbines ".besides turbines ".
L'invention concerne un procédé de contrôle pour accrottre la fiabilité d'un ensemble de pièces de construction déjà sollicitées par des forces de fluage, notamment des pièces pourvues d'un The invention relates to a control method for increasing the reliability of a set of construction parts already stressed by creep forces, in particular parts provided with a
placage de revêtement, telles que des aubes de turbo- coating plating, such as turbo blades
moteurs et de turbines.motors and turbines.
Les pièces de construction sol-The structural parts
licitées au fluage, généralement constituées de métal, creep, usually made of metal,
sont sujettes, dans leur mise en oeuvre, à des modifi- are subject, in their implementation, to modifications
cations du matériau Il s'agit notamment de formation material cations These include training
de séparations par décollage, de rugosité de ces décol- separations, the roughness of these decol-
lements, de déformation de ces décollements en fonction d'équilibres thermodynamiques, ainsi que formation de pores de fluage et de fissures Une superposition de ces divers effets conduit, en règle générale, à une défaillance de la pièce de construction par rupture au deformation of these detachments as a function of thermodynamic equilibrium, as well as formation of creep pores and cracks. A superposition of these various effects leads, as a general rule, to failure of the structural component by fracture at
cours du temps.course of time.
S'il n'est pas possible de véri-If it is not possible to verify
fier sans destruction de matière de telles pièces de construction une fois mises en oeuvre, on a recours, généralement, à des recherches de contrôle de la without material destruction of such pieces of construction once implemented, it is generally resorted to control research of the
structure interne sur un échantillon d'essai représenta- internal structure on a representative test sample.
tif Ce procédé est cependant affecté de certains fac- This process is, however, affected in some ways by
teurs d'insécurité, qui ont essentiellement leur source insecurity, which are mainly
dans la prise de l'échantillon Ce procédé est particu- in the taking of the sample This process is particularly
lièrement peu satisfaisant pour l'évaluation de la durée de vie restante d'aubes de turbines, car, en raison du grand nombre d'aubes de la couronne d'une turbine, la initially unsatisfactory for the evaluation of the remaining life of turbine blades because, due to the large number of turbine crown blades, the
probabilité pour que des endommagements ou des modifica- likelihood of damage or modification
tions de structure importantes ne soient pas décelés par l'échantillon d'essai, ne peut pas être réduite important structural features are not detected by the test sample, can not be reduced
autant qu'on le désire, pour des raisons économiques. as much as desired, for economic reasons.
La présente invention a pour but d'accroître la fiabilité d'un ensemble de pièces de The present invention aims to increase the reliability of a set of pieces of
construction tel que défini plus haut. construction as defined above.
Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé de contrôle caractérisé en ce que les pièces de construction déjà sollicitées par des forces de fluage sont soumises à une opération de pressage For this purpose, the subject of the invention is a control method characterized in that the parts of construction already stressed by creep forces are subjected to a pressing operation.
isostatique à chaud.isostatic hot.
Grace à ce pressage isostatique àThanks to this isostatic pressing
chaud, c'est-à-dire à ce traitement thermique sous pres- hot, that is to say to this heat treatment under pres-
sion isostatique, en vue d'un accroissement de la fiabi- isostatic pressure, with a view to increasing the reliability
lité de l'ensemble des pièces de construction, les modi- of all the construction parts, the modifications
fications de structure de matière auxquelles ont été sujettes les pièces de construction sollicitées au fluage sont supprimées en grande partie, de telle sorte que ces pièces peuvent être remises en service après ce traitement En outre, pour des pièces pourvues d'un material structures to which creep-stressed structural parts have been subjected are largely removed, so that these parts can be put back into service after this treatment. In addition, for parts provided with
placage de revêtement, et également en vue d'un accrois- plating veneer, and also with a view to
sement de la fiabilité de l'ensemble, on réalise, grâce à cette pression isostatique, la condition nécessaire pour une vérification, ou une vérification d'exécution of the reliability of the assembly, this isostatic pressure makes it possible to carry out a verification or an execution check
simple en ce qui concerne le triage des pièces de l'en- simple as regards the sorting of the parts of the en-
semble auquel on procédera ensuite avec plus de préci- seems to be followed by more precise
sion.if we.
L'invention prévoit diverses for-The invention provides various forms of
mes de réalisation décrites dans la suite La fermeture des pores et fissures de fluage est obtenue dans des pièces de construction non pourvues de revêtement, pour autant que les pores et fissures ne s'étendent pas jusqu'à la surface extérieure de la pièce Mais, dans des pièces de construction composites, c'est-à-dire The embodiments of the invention are described below. Closing of the creep pores and cracks is achieved in non-coated construction parts, as long as the pores and cracks do not extend to the outer surface of the part. in composite construction parts, that is to say
présentant une couche et/ou plusieurs couches superpo- having one or more layers and / or
sées, la fermeture est souvent obtenue lorsque les In many cases, closure is often achieved when
pores et fissures de fluage s'étendent jusqu'à la sur- pore and creep fissures extend to the over-
face extérieure du matériau de base (pores et fissures outer face of the base material (pores and cracks
extérieures de matériau de base).exterior of base material).
Grâce à la réalisation de cette fermeture des pores et fissures conforme à l'invention, la durée de service de la pièce de construction est accrue par l'opération de pressage isostatique à chaud, Thanks to the realization of this closure of the pores and cracks according to the invention, the service life of the component is increased by the hot isostatic pressing operation,
pour autant que des fissures n'arrivent pas sur la sur- provided that cracks do not arrive on the surface
face extérieure de cette pièce de construction Cet accroissement de durée s'élève fréquemment à au moins 50 %, par exemple dans le cas d'alliages forgés à base de nickel qui sont constitués essentiellement, en poids, par exemple, de 14 % de chrome, environ 1,2 % de titane, environ 5 % d'aluminium, environ 20 % de cobalt, environ % de molybdène, environ 1 % de silicium, environ 1 % de manganèse, environ 2 % de fer, environ 0,2 % de This increase in duration frequently amounts to at least 50%, for example in the case of nickel-based forged alloys which consist essentially, for example, by weight of 14% of chromium. about 1.2% titanium, about 5% aluminum, about 20% cobalt, about% molybdenum, about 1% silicon, about 1% manganese, about 2% iron, about 0.2% of
carbone, et environ 50 % de nickel.carbon, and about 50% nickel.
Si un tel produit est soumis, con-If such a product is submitted,
formément, à une pression isostatique élevée, notamment supérieure à 1250 bars, pour modifier la structure en solution des composants de l'alliage, en vue d'une homogénéisation et d'une réduction des séparations, la résistance mécanique, la résistance à la traction, la in particular, at a high isostatic pressure, especially greater than 1250 bars, to modify the solution structure of the components of the alloy, with a view to homogenization and reduction of the separations, the mechanical strength, the tensile strength , the
ductilité (allongement) et la résistance aux vibra- ductility (elongation) and vibration resistance
tions, dans le temps, sont accrues en particulier dans les alliages forgés à base de nickel Par exemple, dans in time, are increased especially in nickel-forged alloys. For example, in
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le cas d'un alliage forgé à base de nickel avec les proportions de composants mentionnées plus haut, on the case of a nickel-based forged alloy with the proportions of components mentioned above,
obtient un accroissement de la possibilité de déforma- gets an increase in the possibility of distortion
tion, dans l'essai de choc avec entaille, de 400 %, avec résistance à la traction accrue. in the notch impact test of 400%, with increased tensile strength.
L'emploi de températures relati-The use of relative temperatures
vement plus basses, inférieures à la température de lower, below the
solution par fusion du matériau de base, donne la pos- solution by melting the base material, gives the pos-
sibilité d'un pressage isostatique à chaud de pièces de construction pourvues d'un placage de revêtement, sans que des effets inadmissibles de fragilisation et de diffusion se produisent dans le placage, et/ou dans le matériau de base Il est alors inutile de retirer le placage du matériau de base avant de procéder au the possibility of hot isostatic pressing of structural parts with a coating plating, without ineffective embrittlement and diffusion effects occurring in the plating, and / or in the base material. the veneer of the base material before proceeding to
pressage isostatique à chaud.hot isostatic pressing.
_Le placage de revêtement recouvre et dissimule les fissures extérieures du matériau de base, de telle sorte qu'elles ne peuvent être décelées qu'avec une dépense de moyens très importante Par le The coating veneer covers and conceals the external cracks of the base material, so that they can only be detected with a very high expense of means.
pressage isostatique à chaud, conformément à l'inven- hot isostatic pressing, according to the invention
tion, elles sont fermées, comme indiqué plus haut, ou sinon, elles s'ouvrent sous l'effet du pressage, ce qui permet de déceler une formation de fissure dans le -revêtement Cette ouverture, c'est-à-dire la déchirure du revêtement à l'extérieur de la fissure extérieure du matériau de base, constitue une bonne préparation à une they are closed, as indicated above, or otherwise, they open under the effect of pressing, which allows to detect a crack formation in the coating This opening, that is to say the tear coating outside the outer crack of the base material, is a good preparation for
vérification, ou même une vérification facile à réaliser. verification, or even an easy check to perform.
Ainsi, les fissures sont maintenant rendues visibles avec un microscope La conclusion de cette observation conduit alors, suivant que la grandeur de fissure soit inadmissible ou acceptable, à un échange de cette pièce Thus, the cracks are now made visible with a microscope. The conclusion of this observation then leads, according to whether the size of crack is inadmissible or acceptable, to an exchange of this piece.
de construction ou à sa conservation dans l'ensemble. of construction or its conservation as a whole.
On évite ainsi le risque du maintien de pièces de cons- This avoids the risk of maintaining parts of con-
truction trop fortement endommagées, par exemple par la too heavily damaged, for example by
remise en service d'aubes de turbines défectueuses. return to service of defective turbine blades.
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Les paramètres du pressage isosta-The parameters of isostatic pressing
tique à chaud conforme à l'invention sont tels que la température soit égale à la température de placage du revêtement, c'est-à-dire inférieure à la température de solution par fusion du matériau de base, et la pression isostatique est comprise environ entre 950 et 2 000 bars, la durée du pressage étant de quatre heures environ, Dans le cas de l'alliage à base de nickel avec les pourcentages de composant inentionnés plus haut, et avec une couche d'aluminium appliquée par According to the invention, the temperature range is such that the temperature is equal to the plating temperature of the coating, i.e., less than the melting solution temperature of the base material, and the isostatic pressure is about between 950 and 2000 bar, the pressing time being approximately four hours, in the case of the nickel-based alloy with the percentages of component mentioned above, and with a layer of aluminum applied by
diffusion, la température de traitement s'élève à envi- diffusion, the treatment temperature is approximately
ron 10500 C et la pression isostatique à environ 1300 ron 10500 C and the isostatic pressure at around 1300
bars, la durée de pressage étant de 1,5 heure. bars, the pressing time being 1.5 hours.
Dans l'ensemble de pièces mention-In the set of parts mentioned
né, ou couronne d'aubes de moteur turbo ou de turbine, il s'agit en premier lieu d'aubes, d'une turbine à gaz notamment Mais les pièces de construction citées au début peuvent être également, par exemple, des raccords born, or crown of blades of turbo engine or turbine, it is primarily blades, a gas turbine in particular But the building parts mentioned at the beginning can be also, for example, fittings
coudés ou des tuyaux courbes.elbows or curved pipes.
La matière première ou le matériau de base des pièces de construction mentionnées au début The raw material or basic material of the building parts mentioned at the beginning
est en général un métal ou un alliage métallique, notam- is usually a metal or a metal alloy,
ment un alliage à base de nickel Les pièces de cons- a nickel-based alloy.
truction peuvent être constituées par exemple en une ma- truction can be made up of, for example, one
tière première ou un matériau de base d'une dureté exceptionnelle: en particulier les aubes de turbine mentionnées sont ainsi faites Il s'agit ici par exemple, first or a base material of exceptional hardness: in particular the mentioned turbine blades are thus made.
d'un alliage à base de nickel.of a nickel-based alloy.
Dans le cas des pièces de cons-In the case of
truction pourvue d'un placage mentionnées au début, le revêtement est par exemple une couche d'aluminium ou de chrome déposée par diffusion, ou une couche plaquée, truction provided with a plating mentioned at the beginning, the coating is for example a layer of aluminum or chromium deposited by diffusion, or a plated layer,
telle que, par exemple, une couche de cobalt-chrome- such as, for example, a layer of cobalt-chromium
aluminium ytrium, une couche isolante de la chaleur, aluminum ytrium, an insulating layer of heat,
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par exemple en oxyde de zirconium (Zr 20), ou la super- for example zirconium oxide (Zr 20), or the super-
position d'au moins deux de ces couches Plus particu- position of at least two of these layers
lièrement les aubes de turbines citées sont pourvues firstly the turbine blades mentioned are provided
d'un revêtement de ce genre.a coating of this kind.
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