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A3TS

Association de traitement thermique et de traitement de surface

Aix en Provence 2005

Journées Européennes AIM/ASTT-SVW/A3TS

MECANIQUE, AERONAUTIQUE
Technologies appliquées aux traitements thermiques et traitements de surface
5 et 6 octobre 2005

Bilan

En réunissant plus de 60 auditeurs de la mécanique et de l’aéronautique ainsi que des métiers connexes, fournisseurs d’équipements, traiteurs à façon… les Journées Européennes organisées par l’A3TS , l’AIM ( Association Italienne de Métallurgie ), l’ASTT/SVM ( Association Suisse de Traitement Thermique des Matériaux ) en partenariat avec l’ENSAM ( Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers ) à Aix en Provence ont permis de faire le point sur les récents développements des matériaux utilisés en construction aéronautique et de leurs traitements. L’ouverture des journées par les Présidents des trois Associations a précédé la présentation des activités de l’ENSAM et des différents cursus proposés aux étudiants. Les exposés présentés font l’objet d’un court résumé ci-après.

La première journée s’est poursuivie par une soirée conviviale qui a réuni les participants autour d’un dîner très apprécié et la seconde a permis a une trentaine de personnes de visiter le site du CEA à Cadarache.

Mercredi 5 octobre

Ouverture par les Présidents A3TS, AIM, ASTT-SVW

  • Les traitements thermiques et de surface appliqués aux pièces turbo-moteurs
    B. PETROIX (TURBOMECA).
  • Ténacité et résistance à l’usure d’alliages pour applications aéronautiques après traitement thermique et revêtements
    Toughness and wear resistance of heat treated and coated metallic alloys for aeronautic applications
    Prof. ROSSO et Ing. UGUES (Politecnico di Torino)
    A large variety of technical requirements are imposed on the metallic alloys applied in the aeronautic field. The constituent materials of the aeronautic engines different parts may require either static and dynamic mechanical levels or wear resistance or resistance to chemical aggression and oxidation or fatigue resistance or a complex mix of all these properties.
    This lecture provides an overview of the main materials, heat treatments and coatings commonly used in the aeronautic field. Quenched and tempered steels, case hardened steels, nitrided steels and stainless steels are generally used for aeronautic purposes. As far as the surface modifications are concerned, apart from the thick coatings widely used in the turbine blades, recently a high industrial and scientific interest is developing for the use of thin coatings especially for the gear applications. The main advantages and still open questions on the use of such coatings (roughness, mechanical properties, compatibility with other surface layers etc.) are presented and deeply discussedand related to the typical demands of the aeronautic sector.
  • Traitement thermochimique de nitruration : contraintes résiduelles dans les couches nitrurées
    V. GORET (Eurocopter-Ensam), L. BARRALLIER (Ensam), P. VARDON (Eurocopteur) et D. DELOISON (CCR EADS)
    Le traitement thermochimique de nitruration est connu pour générer un champ de contraintes résiduelles en surface de la pièce traitée. La microstructure particulière induite par ce traitement est en relation directe avec le comportement mécanique de la pièce, notamment en terme de tenue en service. L’étude présentée rappelle les effets de la modification de la microstructure liés au traitement thermique de nitruration sur les propriétés mécaniques du matériau et la génération des contraintes résiduelles. Elle vise en particulier à montrer l’influence de la nature polyphasée du matériau nitruré sur l’état de contrainte généré. Une comparaison entre des méthodes d’analyses globale (méthode mécanique) et locale (diffractométrie des rayons X) des contraintes résiduelles est effectuée. De plus, cette approche montre la possibilité de prendre en compte le traitement de nitruration dans un code de calcul numérique de type éléments finis.
  • Les traitements de surface sur alliage de Titane pour applications tribologiques
    L. HOUZE (HEF, SNECMA)
    Les propriétés tribologiques des alliages de titane sont particulièrement décevantes. En effet la tendance à l’adhésion/grippage de ce matériau, qui présente par ailleurs des propriétés mécaniques remarquables, oblige l’utilisation systématique de traitements et revêtements de surface (TRDS) dès lors qu’il est en contact avec un autre corps. Le concepteur manque d’information et d’aides au choix des TRDS en fonction de l’application. La bibliographie ne présente que trop rarement des études comparatives entre plusieurs TRDS, de plus les différences entre les tribomètres utilisés rendent très délicates toute tentative d’exploitation des résultats issus de différents sources.
    Afin de répondre à ses interrogations, une étude a été réalisée par HEF R&D pour le compte du laboratoire étendu du groupe SNECMA sur un nombre important de couples TRDS/antagonistes , pour deux types de contacts différents et pour plusieurs conditions d’essais.
    L’objectif étant d’extraire des règles de choix des différents TRDS en fonction des conditions d’utilisation.
    Quelques uns des enseignements de cette étude sont présentés.
  • Amélioration des propriétés tribologiques de pièces en acier inoxydable et base nickel par le traitement Kolsterising
    J. VARLET (BODYCOTE)
    Le traitement de Kolsterising® , procédé HarDiff®, est actuellement le seul traitement thermochimique de cémentation permettant d’accroître considérablement les propriétés mécaniques de surface d’alliage aéronautiques tel que : aciers inoxydables et alliages bases nickel tout en conservant les propriétés de tenue à la corrosion.Caractéristiques du procédé
    Le Kolsterising® est une modification superficielle de la structure des aciers Inoxydables Austénitiques, Alliages base nickel, Austénoferritiques, certains Martensitique. La transformation est réalisée par enrichissement de carbone en phase gazeuse et à basse température, sans apport d’élément autre que du carbone et sans revêtement. Les dimensions, la forme et la rugosité des pièces ne sont pas modifiées.Résultats obtenus
    Le Kolsterising® conserve les propriétés mécaniques générales du matériau utilisé mais a une influence sur les points suivants:

    • Augmentation de la dureté en surface (de l’ordre de 1000 à 1200 HV 0.05)
    • Elimination des problèmes de grippage
    • Amélioration de la résistance à l’usure
    • Augmentation de la résistance à la fatigue.
    • Potentiel de résistance à la corrosion maintenue

    Types d’application
    Le Kolsterising® peut être utilisé dans tous les cas ou l’on recherche des propriétés souvent incompatibles entre elles, telles que:

    • résistance à la corrosion et suppression du grippage
    • grande dureté et ductilité
    • tenue à la fatigue et résistance à la corrosion
    • Dureté et a-magnétisme
    • Amélioration du polissage des Inox.
  • Application of Coatings and Surface Treatments in order to improve the performances of gaz turbine and Aeronautic blades and vanes
    A. SCRIVANI, G. RIZZI (TURBOCOATING SpA)
    The development of more efficient gas turbines for aircraft propulsion and power generation has always been related to the results of research in the concurrent field of design and materials technology. In order to achieve performance goals for gas turbine engines, high-temperature operation is required. At such high temperatures, creep must be kept to a minimum and for many metallic components, adequate creep properties (creep resistance, thermal efficiency, thermal shock resistance, etc) can only be achieved with the use of single crystals or superalloys base material with adequate coatings and surface treatments by means of as thermal spray or Chemical Vapour Deposition (CVD) processes and heat treatment. Namely the systems called TBC (Thermal Barrier Coatings) consist of air plasma sprayed top coat of Y2O3 partially stabilized ZrO2 and MCrAlY bond coat (where M is Ni, Co or NiCo) deposited by different thermal spray processes: Air Plasma Spray (APS), Vacuum Plasma Spray (VPS) or High Velocity Oxygen Fuel (HVOF).
    Another TBC system consist in top coat of Y2O3 partially stabilized ZrO2 usually deposited by Electron Beam Physical Vapour Deposition (EBPVD)and an aluminium alloy bond coat deposited by consist of air plasma sprayed top coat of Y2O3 partially stabilized ZrO2 usually deposited by Chemical Vapour Deposition (CVD).
    The components of gas turbine are submitted to different repairing cycle in order to restore the materials characteristics after one ore more “services”. In this case surface treatments play an important role in order to restore the functional properties of the gas turbine components.
    This paper addresses the presentation of thermal spray processes and their application to the gas turbine components: a presentation of thermal spray principles will be given. Application of these processes to gas turbine components will be highlighted.

jeudi 6 octobre

  • Historique de la reconstitution du moteur d’aviation équipant le premier avion de conception entièrement suisse
    G. MISCHLER (EICV)
    Historique de la reconstitution du moteur d’aviation équipant le premier avion de conception entièrement suisse, le premier également équipé de roulements à billes.
    Travail didactique de documentation et création du dossier technique pour la fabrication et l’industrialisation complète d’une réplique. Tests du moteur sur banc d’essais.
    Projet regroupant plusieurs associations de sauvegarde du patrimoine aéronautique.
  • Traitements thermiques des laminés techniques aéronautiques en alliages d’aluminium
    C. SIGLI (ALCAN, CRV)
    L’obtention des combinaisons de propriétés spécifiques des alliages d’aluminium destinés à l’industrie aéronautique est soumise à la réalisation de traitements thermiques précis qui jalonnent la gamme de fabrication de ces produits. Une non-maitrise de l’un des nombreux paramètres de cette gamme introduit irrémédiablement au final une perte de propriétés, rendant le produit non-conforme vis-à-vis des exigences du client.
    Dans un souci de rendre compatible ces exigences de qualité avec la production industrielle, des normes ont été édictées, afin de définir les conditions pratiques dans lesquelles les traitements thermiques doivent être effectués. De par leur criticité, les traitements thermiques de mise en solution, trempe et revenu sont plus spécifiquement détaillés. Ces normes définissent en premier lieu les conditions de mesure de la température : étalonnage, suivi et correction. Elles définissent ensuite les possibilités autorisées pour la réalisation d’un traitement. Elles définissent enfin les contrôles à mettre en oeuvre pour s’assurer de la conformité du traitement réel.
    ALCAN s’est doté de moyens techniques et humains à même de répondre aux exigences les plus sévères de ses clients. Bien au-delà de l’application des normes, c’est cette orientation vers ses clients avionneurs qui nous permet d’être un des leaders mondiaux du marché des demi-produits en alliages d’aluminium destinés à l’industrie aéronautique.
  • Applications des essais non-destructifs aux structures aéronautiques
    J.P. REYMONDIN (EIVD)
    Le principe des essais non destructifs (END) consiste à mettre en oeuvre des méthodes d’investigation permettant d’apprécier, sans destruction, l’état de santé d’un objet et d’émettre un avis sur son aptitude à remplir la fonction à laquelle il est destiné. Les méthodes END sont fondées sur la déformation du champ d’une grandeur physique par une discontinuité. On exploite donc un phénomène physique pour détecter la présence d’une hétérogénéité dans un matériau.
    Après une rapide revue des principales méthodes d’essai, de leurs possibilités et de leurs limitations, l’orateur traitera plus en détails quelques cas liés à l’aéronautique et aux traitements thermiques.
  • Comparaison des performances en fatigue de deux aciers à roulement pour application aéronautique en environnement sévère
    G. DUDRAGNE, D. GIRODIN (SNR Roulements) et A. VINCENT (GEMPPM – INSA de Lyon)
    En raison des améliorations de la propreté inclusionnaire des aciers et de l’augmentation des exigences de fiabilité, les endommagements superficiels consécutifs à des indentations sont devenus les éléments déterminants de la durée de vie des roulements de turboréacteurs. Les performances en fatigue de roulement en présence d’indentations ont été étudiées et comparées pour les aciers aéronautiques 32CrMoV13 nitruré et M50 trempé. Des essais de fatigue de contact ont été réalisés sur machine bi-disques en conditions de roulement plus glissement. Les surfaces ont été indentées en utilisant des indenteurs de dureté Rockwell avec différents rayons de tête de manière à obtenir des profondeurs d’empreintes variables. Dans ces conditions, l’acier 32CrMoV13 nitruré présente des performances meilleures que l’acier M50. La structure particulière de la couche nitrurée, mise en évidence par microscopie électronique en transmission, permet d’expliquer ce comportement. Une limite d’endurance en présence d’indentation a également été définie. Pour cela, la contrainte locale de Von Mises, incluant les contraintes résiduelles produites par le processus d’indentation, est comparée à la microlimite d’élasticité locale, elle-même modifiée par le phénomène d’écrouissage associé à l’indentation. Le champ de contraintes résiduelles et l’écrouissage ont été calculés en simulant le processus d’indentation par éléments finis. La nocivité théorique obtenue pour les différents indents testés est en accord avec celle observée expérimentalement.
  • Evolution du processus de nitrocarburation superficielle en matériel fritté : analyse des difficultés et des solutions au niveau industriel
    M. PIROVANO, L. CISLAGHI (TTN SpA)