Comme dit pr´ec´edemment, les ´eprouvettes tubulaires sont r´ealis´ees `a partir de barreaux d’AM1 de 27mm de diam`etre et d’une longueur de 140mm. Ces barreaux sont fabriqu´es selon les standards industriels, `a la fonderie SNECMA de Gennevilliers. Tous les barreaux sont issus du lot mati`ere DL263097 r´ealis´e `a partir d’AM1 (nuance BS NTA8CKWA). Une coul´ee cor-respond `a une grappe et contient 5 barreaux not´es de A `a E. Les porosit´es sont contrˆol´ees par un clich´e Rayons-X (RX) et la d´esorientation primaire, ´egalement par une technique de dif-fraction des rayons-X. Les barreaux non conformes sont rebut´es. Les barreaux conformes su-bissent tous un traitement thermique (TTH). Ils sont ensuite envoy´es chez un usineur sp´ecialis´e dans le travail des mat´eriaux durs, tels que les superalliages. Cette phase d’usinage (U) est
´egalement r´ealis´ee selon la gamme SNECMA, utilis´ee pour toutes les ´eprouvettes de fatigue. Cette gamme d´efinit les vitesses de coupes, les profondeurs de mati`ere enlev´ee `a chaque passe et les finitions de surface, afin de diminuer les contraintes r´esiduelles en surface.
Les ´eprouvettes lisses sont envoy´ees `a l’usine SNECMA de Chˆatellerault pour y ˆetre revˆetues (REV). Elle y subissent les deux traitements de d´epˆot de platine et de diffusion d’alu-minium. Ce proc´ed´e permet de former la sous-couche NiAlPt servant de protection contre l’oxydation et de sous-couche d’accroche `a la barri`ere thermique. La sur-´epaisseur form´ee par la sous-couche, mesure quelques dizaines de microns. L’´etape de d´epˆot de la barri`ere ther-mique n’est pas r´ealis´ee sur ces ´eprouvettes car seul le substrat est ´etudi´e. L’´etude de l’´ecaillage des barri`eres thermique fait toutefois l’objet d’autres ´etudes men´ees en parall`ele `a l’ONERA, dont des essais de fatigue avec gradient thermique de paroi sur ´eprouvettes tubulaires compre-nant ce revˆetement.
L’orientation secondaire des ´eprouvettes perfor´ees est ensuite mesur´ee `a l’ONERA par la m´ethode de Laue, bas´ee sur la diffraction des rayons X. L’orientation cristalline <010> est alors rep´er´ee et servira d’axe pour le perc¸age des perforations. L’int´erˆet d’orienter tous les r´eseaux de trous des ´eprouvettes, selon la mˆeme direction secondaire, est de diminuer la dispersion. Cette dispersion est due `a l’effet de l’orientation du grain sur la triaxialit´e en bord de trou. Bien que l’orientation primaire des ´eprouvettes soit quasi-identique selon l’axe de traction, elle est normalement al´eatoire dans les autres directions, car elle n’est pas maˆıtris´ee lors de la coul´ee. Comme les ´eprouvettes sont cylindriques, il est possible d’usiner les trous selon l’axe souhait´e, ici<010>. La machine de perc¸age par ´electro´erosion 5 axes `a commande num´erique servant au perc¸age des aubes, se trouve `a l’usine SNECMA de Gennevilliers. Les perc¸ages (P) sont r´ealis´es apr`es programmation de la machine `a partir d’un plan CAO du r´eseau de trous. Il est `a noter que ces ´eprouvettes perfor´ees ne sont pas revˆetues. Ceci se justifie car en pr´esence d’une perforation, l’amorc¸age est localis´e syst´ematiquement dans la zone affect´ee thermiquement du trou et non dans la zone revˆetue. L’hypoth`ese est donc faite que le revˆetement n’influence pas la dur´ee de vie `a amorc¸age sur ´eprouvette perfor´ee. Ceci est d’autant plus vrai, que le revˆetement est d´epos´e avant perc¸age et qu’il n’y en a donc pas `a l’int´erieur du trou. La surface du trou est montr´ee FIGURE1.10.
A la place des ´etapes de revˆetement, les ´eprouvettes perfor´ees subissent deux traitements thermiques (R1 et R2) dans les fours de revenu de la SNECMA Villaroche. Une l´eg`ere oxy-dation anormale de la surface, qui apparait bleut´ee, est observ´ee apr`es traitement thermique. Cette oxydation parasite pourrait ˆetre li´ee `a la pr´esence de traces d’eau dans le four de revenu sous vide. Le r´ecapitulatif des barreaux et ´eprouvettes tubulaires est montr´e TABLE 1.1. Il y a donc 9 ´eprouvettes lisses (GP-L) et 9 ´eprouvettes perfor´ees (GP-RT). Il est `a noter qu’une ´eprouvette de chaque g´eom´etrie est utilis´ee pour la calibration en temp´erature et la mise au point de l’essai.
La r´ealisation des aubes simulacres par le proc´ed´e de fonderie `a solidification dirig´ee s’est r´ev´el´ee extrˆemement complexe, de par ses dimensions tr`es ´eloign´ees des pi`eces r´ealis´ees ha-bituellement par SNECMA. Les premi`eres pi`eces ayant pu ˆetre coul´ees par la fonderie, se sont r´ev´el´ees hors des seuils de tol´erance, notamment en ce qui concerne les ´epaisseurs de parois. Ces pi`eces brutes de fonderie ont ´et´e livr´ees `a l’ONERA fin 2012 pour la mise au point des essais. Ce trop court d´elai n’a pas permis de r´ealiser cette tˆache dans le cadre de ce
tra-(a) (b)
FIGURE 1.10 – Vues de la surface du trou perc´e par ´electro´erosion (a) Vue macro (b) Zoom
sur la surface
n° Date coul´ee n° ´eprouvette Ordre D´esorientation Type
coul´ee JJ/MM/AA traitements primaire (◦) d’´eprouvette
190278 11/03/10 X7537C TTH - U - P - R1 - R2 6,2 GP-RT 190277 11/03/10 X7538E TTH - U - REV 4,9 GP-L 190279 11/03/10 X7539C TTH - U - P - R1 - R2 2,2 GP-RT 190279 11/03/10 X7539E TTH - U - P - R1 - R2 6,2 GP-RT 190280 15/03/10 X7540D TTH - U - REV 7,6 GP-L 190280 15/03/10 X7540E TTH - U - REV 4,6 GP-L 190281 15/03/10 X7541A TTH - U - REV 2,5 GP-L 190281 15/03/10 X7541B TTH - U - REV 2,6 GP-L 190281 15/03/10 X7541C TTH - U - P - R1 - R2 3,5 GP-RT 190281 15/03/10 X7541D TTH - U - P - R1 - R2 4,9 GP-RT 190282 11/03/10 X7542A TTH - U - REV 2,6 GP-L 190282 11/03/10 X7542C TTH - U - REV 3,5 GP-L 190282 11/03/10 X7542E TTH - U - REV 5,3 GP-L 190283 15/03/10 X7543A TTH - U - P - R1 - R2 1,2 GP-RT 190283 15/03/10 X7543B TTH - U - P - R1 - R2 3,2 GP-RT 190283 15/03/10 X7543C TTH - U - P - R1 - R2 3,1 GP-RT 190283 15/03/10 X7543E TTH - U - P - R1 - R2 3 GP-RT 190284 11/03/10 X7544D TTH - U - REV 5,7 GP-L
TABLE 1.1 – Tableau r´ecapitulatif des 18 ´eprouvettes tubulaires lisses (GP-L) et perfor´ees (GP-RT). Notations : traitement thermique (TTH), usinage (U), revˆetement (REV), perc¸age (P), revenus (R1 et R2)
vail de th`ese, et a fortiori de r´ealiser les essais apr`es une ´eventuelle livraison des ´eprouvettes conformes. Pour la suite du m´emoire, l’effort sera donc port´e uniquement sur les ´eprouvettes tubulaires.
3 Estimation du gradient thermique par une m´ethode
ana-lytique 1D
L’int´erˆet de l’essai de fatigue avec gradient thermique de paroi est de cr´eer un gradient ther-mique dans la paroi, pour avoir un ´etat de contrainte repr´esentatif d’une aube refroidie. Afin de pouvoir atteindre ce gradient thermique durant les essais, il est important de bien dimension-ner les syst`emes de chauffage et de refroidissement. Ceci passe notamment par l’estimation du champ thermique dans l’´epaisseur en fonction des d´ebits d’air mis en œuvres.
Il existe plusieurs m´ethodes pour calculer le gradient thermique dans l’´epaisseur. Deux m´ethodes num´eriques seront pr´esent´ees au (Chapitre 3), et auront pour but, de d´eterminer de mani`ere pr´ecise le gradient dans l’´epaisseur. Toutefois, ces m´ethodes sont lourdes `a manipuler et s’adaptent mal `a une ´etape de dimensionnement. Elles n’ont par ailleurs, pu ˆetre mise en place que durant la fin de ce travail de th`ese. Il a donc fallu utiliser une m´ethode plus simple pour cette ´etape de dimensionnement du syst`eme de refroidissement. Nous nous sommes donc tourn´es vers une approche analytique 1D de type ing´enieur. Cette m´ethode est bas´ee sur l’utili-sation de nombres adimensionn´es, qui permettent de faire des analogies entre des g´eom´etries, des fluides et des conditions diff´erentes. Ainsi, `a partir des corr´elations ´etablies empiriquement, `a partir de r´esultats exp´erimentaux dans des conditions donn´ees, il est possible d’appliquer ces mˆemes corr´elations dans des cas analogues. De telles corr´elations ont ´et´e r´ealis´ees `a partir de mesures datant du d´ebut du XXi`eme si`ecle, et on se propose de les utiliser ici. Dans cette partie, nous ferons appel `a 3 nombres adimensionn´es :
– Le nombre de Reynolds global ReDest le rapport entre les forces d’inertie et les forces visqueuses. Il caract´erise la nature du r´egime d’´ecoulement (laminaire, transitoire, tur-bulent).
– Le nombre de Nusselt global NuDest le rapport entre le transfert thermique global et le transfert par conduction. Il repr´esente l’´echange fluide/paroi. Il
– Le nombre de Prandtl Pr, intrins`eque au fluide
Le r´egime de l’´ecoulement peut ˆetre laminaire ou turbulent. En laminaire, le champ de vi-tesse du fluide est parall`ele `a l’´ecoulement alors qu’en turbulent, il y a apparition de tourbillons dans le fluide. Il r´esulte de ces deux r´egimes, des mod´elisations diff´erentes.