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Le 23 janvier 2020

Soutenance de thèse de Thibaut GELPI

Développement des technologies de fabrications additives pour la réparation de composants de turbines aéronautiques de nouvelles générations

Résumé de la thèse en français

L'introduction d'intermétalliques fragiles dans les turboréacteurs est une réalité aujourd'hui via les aubes de la turbine basse pression réalisées en Ti48Al2Cr2Nb, alliage à base de ?-TiAl. C'est dans ce cadre que la branche maintenance (MRO, Maintenance Repair and Overhaul) de SAFRAN Aircraft Engine étudie les possibilités de réparation des aubes en venant recharger leurs parties usées ou défectueuses. Le rechargement implique la mise en œuvre d'une fusion locale qui induit d'importants gradients thermiques, et donc des contraintes résiduelles et de la fissuration. Les vitesses de refroidissement mises en jeu produisent une microstructure hyper-trempée et une ségrégation chimique lors de la solidification. Le procédé de projection laser (LMD, Laser Metal Deposition) permet le pilotage fin de la thermique sur des géométries complexes. C'est pourquoi, il apparaît comme le procédé le plus prometteur pour lever les verrous technologiques inhérents au rechargement par fusion d'intermétalliques. Cette étude s'est focalisée sur la minimisation de la fissuration et la compréhension des mécanismes de son initiation et de sa propagation au sein du cordon de rechargement. Un préchauffage a été introduit pour réduire les gradients et la vitesse de refroidissement. Une température de préchauffage minimum, pour obtenir un matériau d'apport sain, a été déterminée. La mise en place d'une instrumentation adéquate a permis d'évaluer un critère thermique univoque de non-fissuration. Les relations entre paramètres microstructuraux et conditions de solidification ont été étudiées. Le chemin de solidification a été proposé et est quelque peu différent de celui des procédés usuels de mise en forme comme la fonderie. En effet, il donne lieu à une microstructure très texturée et beaucoup plus fine avec une inhibition de la formation de la phase lamellaire.

Résumé de la thèse en anglais

The introduction of brittle intermetallics in turbojets is now a reality thanks to low-pressure turbine blades made of Ti48Al2Cr2Nb, a ?-TiAl based alloy.In this context, Safran Aircraft Engines' MRO division (Maintenance, Repair and Overhaul) is actively exploring new processes such as additive manufacturing for repairing blades by reloading worn or defective areas.The use of this technology involves local melting of the material that induces significant thermal gradients, and thus residual stresses and cracking. The cooling speeds involved during the process produce a hyper-quenched microstructure and a chemical segregation of the components during solidification. The laser projection process (LMD, Laser Metal Deposition) provide a very accurate thermal control on complex geometries and that is why it appears to be the most promising technique for knocking down the technological locks in intermetallic cladding on parts.This study mainly focused on minimizing cracking and understanding mechanisms of initiation and propagation within the weld bead. Preheating has been introduced to reduce thermal gradients and cooling speed, and a minimum temperature was determined in order to obtain a healthy filler material. As a consequence, the implementation of an adequate instrumentation allowed a detailed evaluation of a non-cracking thermal criteria. Relationship between microstructural parameters and solidification conditions was studied. The arising solidification path that has been proposed is somewhat different from usual melting processes such as casting. Indeed, the resulting microstructure is very textured, much finer, and an inhibition of the lamellar phase is observed.

Titre anglais : Development of additive manufacturing technologies for the repair of new generation aerospace turbine components.
Date de soutenance : jeudi 23 janvier 2020 à 14h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech PSL 60 boulevard Saint-Michel 75006 PARIS - L109
Directeurs de thèse : Vincent GUIPONT, Christophe COLIN

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