COMPREHENSION ET OPTIMISATION DU COMPORTEMENT THERMOCHIMIQUE DES NOYAUX DE FONDERIE POUR LES AUBES DE TURBINE AVANCEES

UNDERSTANDING AND OPTIMIZING THE THERMOCHEMICAL BEHAVIOR OF FOUNDRY CORES FOR ADVANCED TURBINE BLADES

• Auteur / Autrice : Léocent Razafindratoandro
• Direction : Fabrice Rossignol, Rémy Boulesteix, Raphael Arquier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2025
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences et Ingénierie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche sur les Céramiques
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : IRCER AXE 1 PROCEDES CERAMIQUES INNOVANTS

Mots clés

Mots clés libres

Matériaux céramiques

Dégradation thermochimique

Noyaux de fonderie

Procédés de mise en œuvre

Comportement thermomécanique

Techniques expérimentales; revêtements

Ceramic materials

Thermochemical degradation

Foundry cores

Processing methods

Thermomechanical behaviour

Experimental techniques; coatings

Résumé

Le procédé de fonderie à cire perdue est le procédé communément utilisé pour la fabrication d'aubes de turbine haute et basse pression pour moteurs d'avions et d'hélicoptères. Dans les premiers étages de turbines, ces aubes sont refroidies par le biais d'un circuit de refroidissement obtenu après coulée d'un superalliage base nickel et dissolution chimique d'un noyau de fonderie. Cependant, les températures de fonctionnement de plus en plus élevées des moteurs conduisent, d'une part, à augmenter la complexité géométrique de ces noyaux afin d'améliorer significativement l'efficacité de refroidissement du circuit ; et d'autre part, à rendre plus sévères les conditions de coulée d'alliages que doivent faire face ces noyaux (haute température, sous vide etc…). Ces noyaux, généralement à base de silice, alumine, zircon ou un mélange de ces ingrédients et mis en forme, soit par injection céramique soit par fabrication additive doivent rester intègres tout au long du procédé de fonderie pour former les cavités internes de l'aube. Il est d'ores déjà été constaté que des éléments constitutifs du noyau se dégradent au cours de l'étape de fusion (coulée du superalliage) ce qui peut fragiliser le noyau et en modifier sa surface et conduire a fortiori à des non-conformités dimensionnelles et/ou métallurgiques de l'aube finale.

The lost-wax casting process is commonly used to manufacture high- and low-pressure turbine blades for aircraft and helicopter engines. In the first turbine stages, these blades are cooled by means of a cooling circuit obtained after casting a nickel-based superalloy and chemically dissolving a foundry core. However, the increasingly high operating temperatures of engines are leading, on the one hand, to an increase in the geometric complexity of these cores in order to significantly improve the cooling efficiency of the circuit and, on the other hand, to more severe alloy casting conditions for these cores (high temperature, vacuum, etc.). These cores, generally made of silica, alumina, zircon or a mixture of these components and manufactured either by ceramic injection or additive manufacturing, must remain intact throughout the casting process to form the internal cavities of the blade. It has already been observed that the constituent elements of the core degrade during the melting step (casting of the superalloy), which can weaken the core and modify its surface, leading to dimensional and/or metallurgical non-conformities in the final blade.