Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Ce document rassemble les données fondamentales pour l’utilisation d’alliages à base de TiAl, qui comprend leurs caractéristiques propres, les différentes compositions, les microstructures rencontrées et les procédés d’élaboration et de transformation. Suite à la description d’un certain nombre de facteurs limitatifs pour l’obtention de propriétés reproductibles, un ensemble de propriétés d’usage est passé en revue. Le document se termine par les enjeux économiques et les domaines d’application.
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Marc THOMAS : Docteur ingénieur à l’ONERA - Chef de projet au Département Matériaux et Structures Métalliques (DMSM)
INTRODUCTION
L’émergence des alliages intermétalliques à base de TiAl trouve son origine à la fois dans la forte attractivité de ce nouveau matériau aux propriétés uniques et dans le contexte économique et industriel de réduction des coûts. Un certain nombre de facteurs (réduction de masse, baisse de consommation de carburant, coûts de maintenance, nuisances environnementales) liés à la performance des turbomachines, justifie le fait que les constructeurs aéronautiques soient en quête de matériaux légers, mais capables de supporter des températures de fonctionnement toujours plus hautes pour un gain en puissance. Les critères de choix pour ces nouveaux matériaux sont d’une part l’évolution de la température d’entrée de turbine et d’autre part l’évolution du rapport poussée/masse.
Un petit regard en arrière permet de se souvenir qu’à l’aube des années quatre-vingt, les progrès les plus significatifs que l’on pouvait espérer au niveau des alliages de titane conventionnels résidaient dans une optimisation incrémentale des procédés de transformation d’alliages existants. L’horizon était bouché avec ces alliages, en particulier en raison des problèmes liés à l’oxydation au-delà de 600 °C qui limitaient la température d’utilisation. Dans le même temps, TiAl affichait des propriétés physiques intéressantes par rapport au titane en terme de rigidité spécifique et de résistance au feu. De plus, ses propriétés statiques et cycliques s’avéraient potentiellement au moins équivalentes à celles des superalliages base nickel. Le développement de ces nouveaux intermétalliques ordonnés fut considéré comme très prometteur avec une capacité en température escomptée jusqu’à 850 °C. Les matériaux à base de Ti3Al ont été les premiers à être étudiés dans les années quatre-vingt, mais ils se sont avérés trop limités en résistance à l’oxydation et à la tenue au fluage. Des recherches puis le développement sur les alliages à base de TiAl débutèrent à partir du début des années quatre-vingt-dix.
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KEYWORDS
microstructure | processing | mechanical properties | applications
VERSIONS
- Version courante de juin 2020 par Marc THOMAS
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Généralités6. Enjeux économiques et domaines d’applications
Les alliages à base de TiAl sont développés depuis une vingtaine d’années et atteignent actuellement un degré de maturité qui les positionne avec un TRL (Technological Readiness Level) élevé pour différentes applications à haute température. En particulier dans le secteur aéronautique où la notion de rendement énergétique des turbomachines nécessite des alliages possédant des résistances spécifiques à haute température accrue, les alliages TiAl sont fortement convoités. Ainsi, les sociétés General Electric, Pratt & Whitney, Rolls-Royce, MTU et Snecma, ont déjà toutes testé avec succès des pièces en TiAl. Le choix des domaines d’application est dicté par le niveau de propriétés mécaniques exigé et par la température maximale d’utilisation. La résistance élevée de TiAl à haute température, sa bonne tenue au fluage, sa bonne résistance à la fatigue pour les pièces tournantes, sa résistance accrue vis-à-vis du feu titane, répondent parfaitement aux conditions de fonctionnement des turbomachines, telles que les turboréacteurs sur les avions, les turbomoteurs pour hélicoptères, et les turbines industrielles destinées à la production d’énergie. Avec les perspectives d’allègement (réduction potentielle en masse des structures de 25 %), l’incidence sur la baisse de la consommation spécifique, sur l’accroissement de la masse transportée ou sur la distance franchissable est logiquement importante.
Dans les turbomachines aéronautiques, le bon compromis de TiAl en termes de légèreté et résistance à chaud le prédestine à différents types de pièces : des carters de compresseur HP, des carters diffuseurs, des redresseurs, des aubes et rotors de turbine BP. C’est toutefois l’application “aube de turbine BP” qui est la plus intéressante en termes de gain de masse puisque par exemple une économie de plus de 130 kg peut être réalisée en utilisant TiAl pour la partie turbine du moteur GE90 du Boeing 777.
La compagnie GE Aircraft Engines a effectué avec l’alliage 48-2-2 (Ti-48Al-2Cr-2Nb) des essais moteurs sur aubes mobiles depuis 1993 et sur redresseurs depuis 1994, les premiers développements d’alliages remontant aux années 1985-89. Elle a ensuite testé au banc d’essai un rotor de turbine BP du moteur civil CF6-80C entièrement monté avec un ensemble de 98 aubes TiAl coulées, en...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DIMIDUK (D.M.), McQUAY (P.A.), KIM (Y-W.) - * - . – « Titanium ’99 : Science and Technology », Proceedings de « 9th World Conference on Titanium », p. 259 (1999).
-
(2) - McCULLOUGH (C.), VALENCIA (J.J.), LEVI (C.G.), MEHRABIAN (R.) - * - . – Acta Materialia, 37, p. 1321 (1989).
-
(3) - DENQUIN (A.) - * - . – Thèse de Doctorat de l’Université des Sciences et Technologies de Lille (1994).
-
(4) - ZGHAL (S.) - * - . – Thèse de doctorat de l’Université Paul Sabatier de Toulouse (1997).
-
(5) - WOOD (J.R.) - * - . – Gamma Titanium Aluminides 2003, éditeur Y-W. Kim, H. Clemens, A.H. Rosenberger, p. 227 (2003).
-
(6) - YOLTON (C.F.), KIM (Y-W.), HABEL (U.) - * - . – Gamma Titanium Aluminides...
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