Устройство для создания микроструктуры со структурным градиентом в осесимметричной детали

Изобретение относится к области металлургии. Для регулирования температуры в зонах детали и уменьшения напряжений устройство (1) для создания микроструктуры с градиентом структуры в осесимметричной механической детали (P), имеющей полый центр и первоначально обладающей однородной структурой с мелкими зернами, содержит первое нагревательное средство (2), образующее первую оболочку на периферийной поверхности детали (P) для нагрева внешней периферии (E) механической детали (P) до температуры (T₁), более высокой, чем температура сольвуса, второе нагревательное средство (3), образующее вторую оболочку, расположенную внутри первой оболочки, для нагрева внутренней периферии (I) механической детали (P) до второй температуры (T2), более низкой, чем температура сольвуса, причем пространство между первой оболочкой и второй оболочкой определяет корпус (L), подходящий для приема осесимметричной механической детали (P), имеющей полый центр. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к созданию микроструктуры со структурным градиентом в механической детали, и более конкретно в осесимметричных деталях, которые являются полыми в центре.

Экологические стандарты, такие как стандарт ACARE 2020, а также требования к снижению стоимости владения, то расходов на эксплуатацию и ТО, предъявляемые производителями авиационной техники, требуют, чтобы производители двигателей разработали турбореактивные двигатели с постоянно улучшаемой эффективностью, и в частности постоянно уменьшали удельный расход топлива.

Этот стремление к сокращению расхода приводит к необходимости улучшения эффективности двигателя путем уменьшения вентиляции горячих деталей, и в частности дисков. Прямым следствием сокращения вентиляции является потребность в материалах, работоспособных при более высоких температурах.

В этом направлении в материаловедении был достигнут значительный: более огнеупорные материалы, технология порошковой металлургии и т.д.

Тем не менее, эти температурные улучшения являются очень ограниченными, и химический состав материала не может сам по себе удовлетворять совокупности целей.

Один способ раздвинуть ограничения материалов состоит в том, чтобы адаптировать микроструктуру детали к локальным механическим напряжениям, которым подвергается эта деталь. В частности, механические напряжения в детали могут различаться в зависимости от рассматриваемой зоны. Следовательно, оптимальная микроструктура может варьироваться внутри детали в зависимости от рассматриваемой зоны. Другими словами, желательно иметь одну деталь с двумя микроструктурами или с микроструктурой, имеющей градиент.

Например, для диска турбины, который является одной из тех деталей в турбореактивном двигателе, которые подвергаются наибольшим температурным и механическим напряжениям, эффективность материала заключается в его способности с помощью оптимизированной однородной микроструктуры достигать наилучшего компромисса между всевозможными заданными механическими свойствами, которые часто являются противоречащими друг другу.

Использование двух микроструктур или градиента микроструктуры для изготовления диска турбины позволило бы избегать такого компромисса. Для того, чтобы иметь улучшенные свойства в плане высокотемпературной ползучести и растрескивания, необходимо иметь мелкозернистую структуру в отверстии диска из-за его характеристик сцепления и усталости при средней температуре, и крупнозернистую структуру на краю того же самого диска.

Термин «мелкозернистая структура» используется для обозначения структуры, в которой зерна блокируются γ' или δ-фазой, в то время как термин «крупнозернистая структура» используется для обозначения структуры, в которой зерна не блокируются этими фазами.

В большинстве случаев, размер зерен в структуре дается в соответствии со стандартом ASTM, где 1 ASTM соответствует размеру зерна 225 микрометров (мкм), то есть грубому зерну, а 10 ASTM соответствует размеру зерна 10 мкм, то есть мелкому зерну.

Как правило, для любого типа сплава считается, что размер зерна соответствует мелкому зерну, если он составляет больше чем 9 ASTM.

В зависимости от типа сплава размер зерен, начиная с которого можно считать, что зерна являются грубыми, может изменяться. В большинстве случаев размер зерна должен быть меньше, чем 7 ASTM. Это справедливо, в частности, для сплавов, приготавливаемых путем порошковой металлургии (N18, N19). Для обычных сплавов типа AD730, R65 и U720 зерно рассматривается как грубое, если его размер составляет меньше чем 4 ASTM, а для сплава Inco718, в зависимости от достигаемой температуры, зерно рассматривается как грубое, если его размер находится в диапазоне от 3 ASTM до 6 ASTM.

Одним из известных средств для достижения градиентов структуры в детали дискового типа является выполнение градиентной термической обработки.

Цель такой термической обработки с температурным градиентом заключается в выполнении обработки на твердый раствор при постепенно изменяющихся температурах внутри детали таким образом, что:

- в зоне самой высокой температуры температура является более высокой, чем температура растворения фазы, блокирующей границы зерна, также называемая температурой сольвуса; и

- в зоне самой низкой температуры температура является более низкой, чем температура сольвуса.

Границы зерна соответствуют границам между кристаллами одного и того же вида внутри поликристаллической структуры. Для сплавов на основе никеля рассматриваемые фазы являются γ'-фазой или δ-фазой. Таким образом, в тех зонах, где температура во время термической обработки превышает температуру сольвуса γ' или δ-фаз, зерна растут так, чтобы сформировать структуру, которая является благоприятной для свойств ползучести и растрескивания, тогда как в тех зонах, где температура во время термической обработки остается ниже температуры сольвуса, структура сохраняет свой размер зерна, получаемого в результате ковки, который является обычно относительно мелким и благоприятным для свойств усталости и сцепления.

Для выполнения такой термической обработки известны два типа стратегии термической обработки.

В первой стратегии весь диск помещается в печь и доводится до такой температуры, которая является достаточно высокой для того, чтобы вызвать рост зерен. Зоны, в которых желательно сохранить мелкозернистую структуру, то есть зоны, которые должны поддерживаться при температуре ниже температуры сольвуса, охлаждаются локальными системами охлаждения с использованием воздуха, как это описано в патентных документах US 5527020 и US 5312497, или с помощью изоляции, как описано в патентном документе US 6660110. Эти системы обладают тем недостатком, что их трудно настраивать и трудно приспосабливать к изменяющейся форме детали.

Более конкретно, в патентном документе US 5312497 внешняя часть диска нагревается графитовым держателем, который сам нагревается водоохлаждаемой индукционной катушкой, а внутренняя часть диска охлаждается охлаждающим змеевиком со сжатым воздухом. Эта система имеет еще один недостаток, заключающийся в необходимости ее работы в вакууме для того, чтобы гарантировать, что углеродный держатель не сгорит.

Вторая стратегия заключается в применении нагрева локально с помощью индукции в периферийной зоне детали. Как описано в патентных документах US 4785147 и US 3741821, эта стратегия обычно используется для локального упрочнения зубьев шестерни путем термической обработки. При применении к диску турбореактивного двигателя это приводит к локальному нагреву индукцией снаружи детали. Высокочастотный ток пропускается через окружающую деталь индукционную катушку так, чтобы высокочастотное электромагнитное поле поглощалось деталью, нагревая ее. Температурный градиент тогда устанавливается в детали между внешней стороной, нагреваемой индукцией, и центром, находящимся на открытом воздухе.

Эта методика гораздо лучше адаптирована для создания температурных градиентов в диске турбореактивного двигателя, и таким образом для создания различных структур между краем и отверстием диска.

Тем не менее, в этой стратегии с периферийной индукционной катушкой управление градиентом является затруднительным и может быть реализовано лишь в незначительной степени. Кроме того, из-за большого температурного градиента эта стратегия создает высокие уровни термомеханического напряжения внутри диска, которые могут быть достаточно большими для того, чтобы разрушить материал.

Кроме того, эта методика локального нагрева индукцией приводит к очень быстрому охлаждению на поверхности при прекращении нагрева. К сожалению, для некоторых сплавов, которые являются чувствительными к растрескиванию при закалке, это может привести к растрескиванию материала.

Кроме того, другая главная трудность в создании микроструктуры с градиентом структуры заключается в управлении температурами, и в частности максимальной температурой, которая должна быть достаточно высокой для того, чтобы привести к росту зерна в микроструктуре, но не слишком высокой для того, чтобы избежать чрезмерного роста зерна и даже избежать достижения температуры горения материала, что может привести к необратимому разложению материала.

Следовательно, те материалы, для которых разность между температурой сольвуса и температурой горения является малой, трудно обрабатывать с использованием вышеупомянутых известных методик.

ПРЕДМЕТ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение ставит своей задачей смягчение вышеупомянутых недостатков путем разработки устройства для создания микроструктуры со структурным градиентом в осесимметричной механической детали, имеющей полый центр, а также соответствующего способа, который позволял бы регулировать температуры в зонах обрабатываемой механической детали с одновременным уменьшением термомеханических напряжений.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для создания микроструктуры с градиентом структуры в осесимметричной механической детали, имеющей полый центр и первоначально обладающей однородной структурой с мелкими зернами, которое содержит первое нагревательное средство, определяющее первую оболочку для приема механической детали и подходящее для нагрева внешней периферии механической детали до первой температуры, более высокой, чем температура сольвуса.

В соответствии с общей характеристикой настоящего изобретения это устройство содержит второе нагревательное средство, определяющее вторую оболочку, расположенную внутри первой оболочки и подходящее для нагрева внутренней периферии упомянутой механической детали до второй температуры, более низкой, чем температура сольвуса, причем пространство между первой оболочкой и второй оболочкой определяет корпус, подходящий для приема осесимметричной механической детали, имеющей полый центр.

Наличие второго нагревательного средства, установленного так, что оно обращено к внутренней периферии обрабатываемой кольцевой детали, позволяет вместе с первым нагревательным средством, установленным на внешней периферии обрабатываемой механической детали одновременно нагревать как внешнюю, так и внутреннюю часть диска, используя два различных нагревательных средства. Это одновременное нагревание с двух концов механической детали, в частности двух круглых концов кольцевой детали, позволяет управлять тепловым потоком путем использования тепловой энергии, подаваемой изнутри вторым нагревательным средством.

Эта конфигурация с двумя нагревательными средствами позволяет даже изменять направление теплового потока на противоположное, если это необходимо.

Эта схема является особенно подходящей для дисков турбореактивного двигателя, которые имеют полое отверстие для прохода центрального вала двигателя и которые могут быть размещены в корпусе, предусмотренном между двумя нагревательными устройствами.

Это устройство позволяет в течение обработки, и прежде всего во время поддержания упомянутой температуры, гарантировать регулируемую разность температур между зонами диска. Это позволяет регулировать температуры в различных зонах детали и прежде всего устанавливать равновесное состояние с одновременным поддержанием температуры. Это также позволяет управлять положением переходной зоны между крупнозернистой структурой и мелкозернистой структурой. Такое управление выполняется главным образом как функция температурных уставок двух нагревательных средств, а также как функция формы обрабатываемой механической детали.

Например, первое нагревательное средство, расположенное снаружи обрабатываемой механической детали, может служить для локального нагрева внешнего края диска до такой температуры, которая является достаточно высокой для роста зерен, то есть до температуры, которая является более высокой, чем температура сольвуса, а второе нагревательное средство, расположенное внутри, может служить для локального нагрева внутренней части диска до такой температуры, которая является более низкой, чем температура для роста зерен в материале. Регулирование этих двух нагревательных средств позволяет задавать температурный градиент внутри детали, который приводит к градиенту микроструктуры.

Кроме того, в отличие от принципов, описанных во второй стратегии, используемой в частности в вышеупомянутых патентных документах US 4785147 и US 3374821, вышеопределенное устройство по настоящему изобретению с двумя нагревательными средствами позволяет ограничить термомеханические напряжения, возникающие с начала обработки, путем регулирования разности температур между отверстием и внешним краем.

Это дает эффект устранения любого риска образования трещин. Это аналогичным образом справедливо и для стадии охлаждения. В частности, возможно обеспечить лучший контроль над охлаждением внешней поверхности путем поддержания активного состояния для второго нагревательного средства, расположенного внутри обрабатываемой механической детали, чтобы управлять температурным градиентом также и во время охлаждения, избегая тем самым растрескивания при закалке.

Первый пример деталей для обработки может соответствовать дискам турбины, имеющим наружный диаметр приблизительно 500 миллиметров (мм) и внутренний диаметр приблизительно от 100 мм до 150 мм, сделанным из сплава на основе никеля, приготовленного обычным образом, типа Inco718, или AD730, или Rene65, или приготовленного с помощью порошковой металлургии, типа N18 или N19.

Второй пример детали для обработки может соответствовать лабиринтным уплотнительным кольцам, имеющим наружный диаметр 800 мм и внутренний диаметр приблизительно 650 мм и сделанным из сплава на основе никеля типа Inco718 или из Waspaloy типа AD730 или Rene65.

В первом аспекте устройства для создания микроструктуры с градиентом структуры это устройство содержит блок управления, выполненный с возможностью отработки первой температурной уставки первым нагревательным средством и второй температурной уставки вторым нагревательным средством, и включающий в себя модуль синхронизации, подходящий для координации отработки первой и второй температурных уставок так, чтобы первое нагревательное средство и второе нагревательное средство работали одновременно во время стадии нагревания и/или стадии охлаждения при создании микроструктуры с градиентом структуры.

Одновременное управление нагревательными средствами позволяет непрерывно управлять термомеханическими напряжениями в обрабатываемой механической детали, и в частности избегать приложения любой чрезмерной температуры к зоне детали для обработки.

Во втором аспекте устройства для создания микроструктуры с градиентом структуры блок управления включает в себя модуль регулятора для регулирования разности температур нагрева между первым нагревательным средством и вторым нагревательным средством с тем, чтобы определять значение первой температурной уставки и значение второй температурной уставки в зависимости от желаемого положения промежуточной зоны между мелкозернистой структурой и крупнозернистой структурой в механической детали.

Устройством можно таким образом управлять не путем определения температурных уставок, а просто путем определения точного положения промежуточной зоны между крупнозернистой зоной и мелкозернистой зоной, с помощью блока управления, включающего в себя отображение, которое позволяет ему на основе этой уставки положения промежуточной зоны определять температурные уставки для первого и второго нагревательных средств.

В третьем аспекте устройства для создания микроструктуры с градиентом структуры первое и второе нагревательные средства соответственно содержат первую и вторую индукционные катушки.

Использование первой и второй индукционных катушек в качестве первого и второго нагревательных средств позволяет устройству функционировать на открытом воздухе, в отличие от главных устройств предшествующего уровня техники.

В дополнение к этому, использование индукционных катушек в качестве нагревательных средств позволяет упростить управление на основе источников питания, когда температурные уставки, определенные блоком управления, преобразуются блоком управления в уставки источника питания для индукционных катушек до того, как эти уставки посылаются первой и второй индукционным катушкам.

В четвертом аспекте устройства для создания микроструктуры с градиентом структуры блок управления включает в себя модуль для регулирования частоту электричества, питающего соответственно первую индукционную катушку и вторую индукционную катушку.

Регулирование частоты питания, подаваемого к первой и второй индукционным катушкам, служит для управления переходной зоной внутри механической детали.

При таком применении используемые индукционные частоты лежат в диапазоне от 5 килогерц (кГц) до 30 кГц для того, чтобы создать ситуацию индуктивного контура с большой толщиной наружного слоя. «Большая толщина наружного слоя» для индуктивного контура означает проникновение индуктивного контура вглубь нагреваемой детали для того, чтобы выполнить плавление или нагревание внутри ее объема. В этом смысле индуктивный контур с малой толщиной наружного слоя соответствует индуктивному контуру, направленному на поверхность детали, и рекомендуется для тиснения, поднятия и формования при нагревании.

Этот диапазон частот имеет эффект нагрева детали предпочтительным образом на глубине, а не на поверхности.

Адаптивное частотное равновесие устанавливается так, чтобы работать в диапазоне от 5 кГц до 30 кГц, однако конкретная частота является результатом работы блока сопоставления индукционной катушки в зависимости от ее диаметра и количества витков в комбинации с формой детали. Две детали различных форм, помещенные в данный узел, состоящий из блока сопоставления и индукционной катушки, дадут различные частотные балансы, но лежащие внутри диапазона от 5 кГц до 30 кГц.

Настоящее изобретение также предлагает способ производства микроструктуры с градиентом структуры в осесимметричной механической детали с полым центром, содержащий подвергание механической детали, первоначально обладающей однородной структурой с мелкими зернами, термической обработке, содержащей первую операцию нагрева внешней периферии механической детали до первой температуры, более высокой, чем температура сольвуса.

В соответствии с общей характеристикой настоящего изобретения термическая обработка дополнительно содержит вторую операцию нагрева внутренней периферии механической детали до второй температуры, более низкой, чем температура сольвуса.

В первом аспекте способа создания микроструктуры с градиентом структуры этот способ содержит определение первой температурной уставки для нагревания внешней периферии механической детали и определение второй температурной уставки для нагревания внутренней периферии механической детали, причем упомянутое определение первой и второй уставок синхронизируется так, чтобы первая и вторая операции нагрева происходили одновременно во время стадии нагревания и/или стадии охлаждения при создании микроструктуры с градиентом структуры.

Во втором аспекте способа создания микроструктуры с градиентом структуры этот способ включает в себя регулирование разности температур между первой и второй операциями нагрева, причем значения первой и второй температурных уставок определяются в зависимости от желаемого положения промежуточной зоны между крупнозернистой структурой и мелкозернистой структурой внутри детали.

В третьем аспекте способа создания микроструктуры с градиентом структуры первая и вторая операции нагрева соответственно выполняются путем независимого питания первой и второй индукционных катушек.

В четвертом аспекте способа создания микроструктуры с градиентом структуры этот способ включает в себя регулирование соответствующих частот, на которых питаются первая и вторая индукционные катушки.

Настоящее изобретение также относится к диску турбины, включающему в себя по меньшей мере часть микроструктуры с градиентом структуры, созданной с помощью вышеопределенного способа.

Настоящее изобретение также относится к турбинному двигателю, включающему в себя по меньшей мере один диск турбины, определенный выше.

Настоящее изобретение также относится к воздушному судну, включающему в себя по меньшей мере один турбинный двигатель, определенный выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

- Фиг. 1 представляет собой вид в изометрии устройства по настоящему изобретению для создания микроструктуры с градиентом структуры;

- Фиг. 2 представляет собой схематический вид в разрезе устройства, показанного на Фиг. 1; и

- Фиг. 3 изображает графическое представление распределения температур внутри механической детали, помещенной в устройство, показанное на Фиг. 1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1 и 2 представляют собой соответственно вид в перспективе и вид в разрезе устройства по настоящему изобретению для создания микроструктуры с градиентом структуры.

Оба чертежа показывают кольцевую механическую деталь P, например диск турбины, помещенную в устройство 1 для создания микроструктуры с градиентом структуры. До термообработки с помощью устройства 1 механическая деталь P обладает однородной мелкозернистой структурой.

Устройство 1 имеет индукционную катушку 2 первого нагревателя и индукционную катушку 3 второго нагревателя. Для лучшего визуального понимания механическая деталь P и первая и вторая индукционные катушки 2 и 3 показаны на Фиг. 1 с частичным разрезом.

В варианте осуществления, показанном на Фиг. 1 и 2, индукционная катушка 2 первого нагревателя имеет четыре витка 21, 22, 23 и 24 с радиусом большим, чем внешний радиус кольцевой механической детали P. Индукционная катушка 2 первого нагревателя выполнена с возможностью нагрева внешней периферии E механической детали P до первой температуры T₁, которая является более высокой, чем температура сольвуса, то есть выше температуры растворения фазы, блокирующей границы зерна.

Индукционная катушка 3 второго нагревателя имеет два витка 31, 32 с радиусом меньшим, чем внутренний радиус кольцевой механической детали P. Индукционная катушка 3 второго нагревателя выполнена с возможностью нагрева внутренней периферии I упомянутой механической детали P до второй температуры T₂, более низкой, чем температура сольвуса.

В настоящем описании термины «внутренний» и «внешний» используются относительно оси симметрии X механической детали P и витков 21-24 и 31, 32 первой и второй индукционных катушек 2 и 3.

Индукционная катушка 2 первого нагревателя образует первую замкнутую оболочку, внутри которой располагается вторая замкнутая оболочка, образуемая индукционной катушкой 3 второго нагревателя. Эти две оболочки, сформированные двумя индукционными катушками 2 и 3, определяют таким образом кольцевой корпус L, который проходит между этими двумя оболочками. Корпус L имеет такую форму, чтобы он мог принимать кольцевую механическую деталь P.

За счет использования индукционных катушек нагревателя устройство 1 может работать в обычной атмосфере и не требует размещения в вакуумируемой структуре для обработки механической детали P.

Устройство 1 также имеет блок 4 управления, с которым электрически соединены индукционная катушка 2 первого нагревателя и индукционная катушка 3 второго нагревателя. Блок 4 управления имеет средство ввода (не показаны), позволяющее вводить две различные температурные уставки сообразно обстоятельствам для двух индукционных катушек 3 и 4 нагревателя, или на самом деле для ввода положения промежуточной зоны. Положение промежуточной зоны служит для определения местонахождения переходной зоны между мелкими зернами и крупными зернами внутри механической детали P после ее обработки устройством 1.

Блок 4 управления выполнен с возможностью отклика на ввод информации с использованием средства ввода так, чтобы определить первую температурную уставку для индукционной катушки 2 первого нагревателя и второй температурной уставки для индукционной катушки 3 второго нагревателя.

Как показано на Фиг. 3, который является графическим представлением распределения температур внутри механической детали P, первая температурная уставка и вторая температурная уставка выбираются таким образом, чтобы внешняя часть E механической детали имела температуру T₁, например, для механической детали P, сделанной из сплава на основе никеля, температуру приблизительно 1040°C - 1060 ° для сплава типа Inco718, или приблизительно 1120°C - 1140°C для сплава типа AD730 или Rene65, или приблизительно 1160°C - 1180°C для сплава N19, сделанного с помощью порошковой металлургии, а также таким образом, чтобы внутренняя часть I механической детали P имела вторую температуру T₂, например, для механической детали P, сделанной из сплава на основе никеля, температуру приблизительно 980°C - 1100°C для сплава Inco718, или приблизительно 1060°C - 1080°C для сплава типа AD730 или Rene65, или приблизительно 1110°C - 1130°C для сплава N19, сделанного с помощью порошковой металлургии. Промежуточная зона ZT между зоной мелкого зерна и зоной крупного зерна может иметь длину в диапазоне от 5 мм до 50 мм.

Блок 4 управления имеет модуль 5 регулятора для регулирования разности температуры нагрева между индукционной катушкой первого нагревателя и индукционной катушкой второго нагревателя, выполненный с возможностью определения значения для первой температурной уставки и для второй температурной уставки в зависимости от желаемого положения промежуточной зоны между крупнозернистой структурой и мелкозернистой структурой в механической детали.

Блок 4 управления также имеет модуль 6 синхронизации, выполненный с возможностью координирования первой и второй температурных уставок, определенных блоком управления 4 так, чтобы индукционная катушка 2 первого нагревателя и индукционная катушка 3 второго нагревателя функционировали одновременно во время стадии нагревания и/или стадии охлаждения при создании микроструктуры с градиентом структуры.

Координирование двух индукционных катушек 2 и 3 нагревателя с помощью средства 6 синхронизации блока 4 управления позволяет нагревать одновременно внешнюю и внутреннюю части диска, в любой момент управляя температурами, до которых нагреваются различные зоны механической детали P. Кроме того, при нагревании детали как снаружи, так и изнутри температуры, прикладываемые к механической детали P этими двумя индукционными катушками 2 и 3, могут оставаться ниже максимальных температур, которые может выдержать механическая деталь P, избегая тем самым риска горения детали P, поскольку внутренняя зона механической детали также получает тепловую энергию от индукционной катушки 3 второго нагревателя.

Таким образом, в течение всей обработки, и прежде всего при поддержании температуры, индукционные катушки 2 и 3 нагревателя поддерживают регулируемую разность температур между зонами механической детали P.

В частности, во время стадии охлаждения блок 4 управления управляет понижением температуры путем регулирования температурных уставок, которые применяются к первой и второй индукционным катушкам 2 и 3, так, чтобы постоянно поддерживать одну и ту же разность температур.

Способ обработки с использованием устройства 1 может выполняться в диапазоне от 15 мин до 2 час.

В дополнение к этому, в варианте осуществления, показанном на Фиг. 1 и 2, устройство 1 имеет две части изоляции 7 и 8, каждая из которых помещается напротив соответствующей нижней поверхности 9 или верхней поверхности 10 кольцевой механической детали P. Первая часть изоляции 7 помещается на нижней поверхности 9 механической детали P так, чтобы покрыть всю нижнюю поверхность 9 механической детали P, проходящую от внешней периферии E до внутренней периферии I, и вторую индукционную катушку 3. Вторая часть изоляции 8 размещается на верхней поверхности 10 механической детали P так, чтобы покрыть всю верхнюю поверхность 10 механической детали P, проходящую от внутренней периферии I до внешней периферии E, и вторую индукционную катушку 3.

Эти части изоляции являются особенно полезными для механических деталей P очень больших размеров, для которых расстояние между первой и второй индукционными катушками 2 и 3 является очень большим, до такой степени, что тепловые потери вдоль детали могут ухудшать эффективность нагрева этими двумя индукционными катушками 2 и 3.

Настоящее изобретение таким образом предлагает устройство для создания микроструктуры с градиентом структуры в осесимметричной механической детали с полым центром, которое позволяет регулировать температуры в зонах обрабатываемой механической детали при одновременном уменьшении термомеханических напряжений, которым подвергается эта деталь.

1. Устройство (1) для создания микроструктуры с градиентом структуры в осесимметричной механической детали (P), имеющей полый центр и первоначально обладающей однородной структурой с мелкими зернами, содержащее первое нагревательное средство (2), определяющее первую оболочку для принятия механической детали (P) и выполненное с возможностью нагревания внешней периферии (E) механической детали (P) до первой температуры (T₁), более высокой, чем температура сольвуса, отличающееся тем, что оно содержит второе нагревательное средство (3), определяющее вторую оболочку, расположенную внутри первой оболочки, и подходящее для нагревания внутренней периферии (I) упомянутой механической детали (P) до второй температуры (T₂), более низкой, чем температура сольвуса, причем пространство между первой оболочкой и второй оболочкой, определяющее корпус (L), является подходящим для принятия осесимметричной механической детали (P), имеющей полый центр.

2. Устройство (1) по п. 1, содержащее блок (4) управления, выполненный с возможностью определения первой температурной уставки для первого нагревательного средства (2) и второй температурной уставки для второго нагревательного средства (3), включающий в себя модуль (6) синхронизации, подходящий для координирования определения первой и второй температурных уставок так, чтобы первое нагревательное средство (2) и второе нагревательное средство (3) работали одновременно во время стадии нагревания и/или стадии охлаждения при создании микроструктуры с градиентом структуры.

3. Устройство (1) по п. 2, в котором блок (4) управления включает в себя модуль (5) регулятора для регулирования разности температуры нагрева между первым нагревательным средством (2) и вторым нагревательным средством (3) так, чтобы определять значение первой температурной уставки и значение второй температурной уставки в зависимости от желаемого положения промежуточной зоны (ZT) между мелкозернистой структурой и крупнозернистой структурой в механической детали.

4. Устройство (1) по п. 3, в котором первое и второе нагревательные средства (2 и 3) соответственно содержат первую и вторую различающиеся индукционные катушки.

5. Устройство (1) по п. 4, в котором блок (4) управления включает в себя модуль для регулирования частоты питания первой индукционной катушки и второй индукционной катушки.

6. Способ создания микроструктуры с градиентом структуры в осесимметричной механической детали (P), имеющей полый центр, включающий термическую обработку механической детали (P), первоначально обладающей однородной структурой с мелкими зернами, при которой производят первую операцию нагрева внешней периферии (E) механической детали (P) до первой температуры (T₁), более высокой, чем температура сольвуса, отличающийся тем, что при термической обработке дополнительно производят вторую операцию нагрева внутренней периферии (I) механической детали (P) до второй температуры (T₂), более низкой, чем температура сольвуса.

7. Способ по п. 6, в котором определяют первую температурную уставку для нагревания внешней периферии (E) механической детали (P) и определяют вторую температурную уставку для нагревания внутренней периферии (I) механической детали (P), причем упомянутые операции определения первой и второй уставок синхронизируются так, чтобы первая и вторая операции нагрева выполнялись одновременно во время стадии нагревания и/или стадии охлаждения при создании микроструктуры с градиентом структуры.

8. Способ по п. 6, в котором регулируют разность температур между первой и второй операциями нагрева, причем значения первой и второй температурных уставок определяют в зависимости от искомого положения промежуточной зоны (ZT) между крупнозернистой структурой и мелкозернистой структурой внутри детали.

9. Способ по п. 6, в котором первую и вторую операции нагрева выполняют соответственно путем независимого питания различающихся первой и второй индукционных катушек (2, 3).

10. Способ по п. 9, в котором производят регулирование соответствующих частот питания первой и второй индукционных катушек (2 и 3).

11. Турбинный диск, включающий в себя по меньшей мере часть микроструктуры с градиентом структуры, созданную способом по п. 6.

12. Турбинный двигатель, отличающийся тем, что он включает в себя по меньшей мере один турбинный диск по п. 11.

13. Воздушное судно, отличающееся тем, что оно включает в себя по меньшей мере один турбинный двигатель по п. 12.