Etude et prediction de la duree de vie residuelle moyenne des aubes de turbine a gaz

Abstract

Le potentiel pour l fextension de la duree de vie des aubes de turbine a gaz haute pression base sur le traitement thermique de rajeunissement presente un interet economique notable aux operateurs. Les superalliages a base de nickel IN738LC (CC), GTD-111 (CC), et GTD-111 (DS) sont adaptes a une application de turbine a gaz terrestre dans un environnement hautement corrosif. La microstructure de ces superalliages est constituee d'une matrice austenitique ƒÁ riche en nickel renforcee par une fraction volumique elevee de precipites ordonnes ƒÁ'-Ni3Al. La coherence et la fraction volumique elevee des precipites ƒÁ' apportent a ces superalliages leur resistance exceptionnelle au fluage a haute temperature. La degradation des superalliages induite en service comprend principalement la croissance et la coalescence des precipites ƒÁ', la precipitation de la phase aciculaire ƒÐ et de lamelles ƒÅ (Ni3, Ti), et la formation de carbures M23C6 riches en Cr. Par consequent, le traitement de rajeunissement des aubes de turbine pourrait restaurer la taille et la forme initiales des precipites ƒÁ', et homogeneiser les microstructures ƒÁ + ƒÁ' en dissolvant les phases topologiquement compactes (TCP). Dans la presente etude, la structure et la composition des differentes strates d'aubes de turbine (IN738LC/NiPtAl, GTD-111/NiPtAl, et GTD-111/VPS) apres une exposition thermique a long terme dans des turbines a gaz terrestres ont ete evaluees. Une aube en GTD-111 (DS) erodee/corrodee dans la region du bord de fuite a ete aussi evaluee. De plus, un traitement thermique de rajeunissement (RHT) specifique a ete applique pour restaurer la microstructure d'origine du GTD-111, et donc prolonger la duree de vie des aubes. Les traitements thermiques de mise en solution et de maintien ont permis d'homogeneiser avec succes la microstructure du (DS) GTD-111 et de precipiter les particules ƒÁ' de taille, de morphologie et de distribution appropriees. En vue d'evaluer la taille moyenne de ƒÁ', plusieurs micrographies ont ete prises des differentes aubes vieillies avant et apres le RHT. La microstructure du pied de sapin a ete examinee pour mesurer la taille des precipites de ƒÁ' dans leur etat d'origine. Une nouvelle approche a ete proposee pour estimer la duree de vie prolongee (LTE) des aubes apres le traitement de rajeunissement en utilisant l'indice de degradation (Di) nouvellement introduit. L festimation de l fextension de la duree de vie des aubes sur la base de l'indice de microdurete nouvellement propose, confirme la bonne correlation avec la prevision precedente basee sur la taille des precipites ƒÁ'. Des tests de microdurete plus faciles, peu couteux a realiser et non destructifs peuvent nous epargner les examens microscopiques pour la determination de la taille des particules ƒÁ'. Les valeurs de l'indice d fextension de la duree de vie propose suggerent que la realisation du RHT a 48 000 heures est le moment approprie pour la recuperation partielle (~30 %) de la microstructure originale de ƒÁ + ƒÁ'