Modélisation et simulation de la structure de solidification dans les superalliages base-nickel : application AM1

L'alliage de première génération (AM1) est un superalliage base-nickel utilisé par la Snecma pour élaborer des aubes de turbine monocristallines de géométrie complexe capables de résister aux conditions extrêmes de température et de pression. Cependant, lors du procédé de solidification, le contrôle du flux de chaleur est difficile pour des raisons de complexité de la géométrie, de la mise en grappe des pièces ou de la cinétique de solidification de l'alliage. Par conséquent, le risque de germination parasite peut avoir lieu dans le liquide surfondu. Pour comprendre l'origine de la germination parasite, il est important d'identifier avec précision la variation des isothermes dans la pièce au cours de la solidification pour localiser les zones de surfusion critiques. Pour ce faire, nous avons prédit par simulation numérique la germination et la croissance des grains au cours de la solidification. Nous avons implémenté dans le module CAFE du code Procast un algorithme de couplage permettant de tenir compte de la transformation liquide→solide dans la résolution du problème thermique. Ce couplage a permis de prédire le phénomène de recalescence qui témoigne de la germination parasite. La conversion enthalpie→température dans ce couplage tient compte de plusieurs chemins de solidification qui dépendent du taux de refroidissement à chaque nœud du maillage éléments-finis. Ces chemins de solidification sont tabulés grâce à un nouveau modèle de microségrégation conçu pour les alliages multicomposés en solidification dendritique colonnaire et équiaxe. Ce modèle est basé sur les équations de conservation de la masse totale et de la masse des solutés moyennées sur un volume représentatif. Dans ce modèle, la diffusion des espèces chimiques est contrôlée dans toutes les phases. Le modèle est aussi couplé avec un logiciel de calcul thermodynamique et un modèle de cinétique de croissance dendritique conçu pour les alliages multicomposés. Les prédictions du modèle retrouvent d'expériences menées sur l'AM1.