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L'un des effets les plus critiques du cyclisme thermique sur le Siège d'échappement du compresseur est une fatigue thermique, qui se produit lorsque le composant subit une expansion et une contraction répétées en raison de changements de température rapides pendant le démarrage et l'arrêt. Chaque fois que le compresseur passe de la température ambiante aux niveaux de chaleur opérationnelle et au dos, le matériau subit une déformation mécanique. Ceci est particulièrement grave lorsque les taux de chauffage ou de refroidissement sont élevés, car la structure métallique manque de temps pour se stabiliser. Au fil du temps, les cycles répétés provoquent la formation de microfissures, initiant souvent à des concentrateurs de stress internes tels que les inclusions, les joints de grains, les coins pointus ou les imperfections de surface. Au fur et à mesure que la fatigue thermique progresse, ces microfissures se propagent plus profondément à chaque cycle et peuvent se connecter pour former une plus grande fracture, conduisant à une défaillance structurelle grave. Le danger n'est pas toujours immédiat mais s'accumule progressivement, faisant une inspection régulière et une modélisation de fatigue essentielle dans des environnements à cycle élevé. L'utilisation d'alliages à haute résistance à la fatigue thermique, tels que les matériaux à base de nickel ou à base de cobalt, est souvent nécessaire pour prolonger la durée de vie des sièges d'échappement du compresseur exposés à un cycle thermique agressif.
Les gradients thermiques causés par des changements de température rapides n'affectent pas toujours toute la surface du siège d'échappement du compresseur. Différentes sections peuvent se développer ou se contracter à des taux différents, surtout si la conception manque de symétrie géométrique ou d'uniformité matérielle. Cela conduit à des contraintes internes inégales qui entraînent une distorsion ou une déformation. Même les distorsions minuscules peuvent affecter la façon dont la soupape d'échappement scelle contre le siège, entraînant potentiellement des fuites, une perte de pression ou un flottement de la valve. Le siège peut également perdre sa concentricité avec le guide de la valve, compromettant les caractéristiques d'écoulement et créant des turbulences localisées. Au fil du temps, l'accumulation de distorsion thermique peut provoquer une déformation permanente qui rend le siège inutilisable. Pour atténuer ces risques, les fabricants peuvent incorporer des caractéristiques telles que des créneaux d'extension ou des bords biseautés dans la conception, et ils peuvent utiliser des processus de traitement thermique de relief de stress après l'usinage pour stabiliser le matériau.
De nombreux sièges d'échappement du compresseur sont durcis en surface pour résister à l'usure mécanique de l'impact de la valve et de l'abrasion du gaz. Des techniques telles que la nitrade, le carburisation ou l'application d'alliages de relief comme Stellite sont couramment utilisés pour créer une couche extérieure durable. Cependant, avec une exposition répétée à des températures élevées, en particulier lorsque ces températures dépassent la plage de stabilité du traitement de surface, la couche durcie peut commencer à se dégrader. Dans certains cas, la dureté diminue en raison de la transformation de phase ou des effets de tempérament, tandis que dans d'autres, l'adhésion du revêtement en métal de base s'affaiblit, conduisant à la délamination. Une fois que la couche de surface se détériore, le substrat plus doux devient exposé et vulnérable à l'érosion, à l'éteinte et à la déformation d'impact. Cela sape la surface d'étanchéité fonctionnelle et augmente la probabilité de fuite de gaz ou de défaillance complète de la valve. Les fabricants spécifient souvent des limites thermiques supérieures pour le substrat et les matériaux de revêtement pour assurer la compatibilité thermique.
Le cyclisme thermique accélère l'oxydation, en particulier dans les environnements où l'oxygène, la vapeur d'eau ou les gaz corrosifs sont présents. Pendant chaque cycle de chauffage, la surface du siège d'échappement du compresseur réagit avec l'oxygène, formant des couches d'oxyde telles que l'oxyde de fer, l'oxyde de chrome ou l'oxyde de nickel, selon la composition du matériau. Alors que certains films d'oxyde sont protecteurs et auto-limitants, les fluctuations rapides de la température font que ces couches se développent et se contractent à plusieurs reprises, conduisant à la fissuration ou à la spallation. Cela expose le matériau de base à l'oxydation fraîche, entraînant une dégradation continue de la surface. Les oxydes d'écaillage peuvent également interférer avec le fonctionnement de la valve, provoquant une fuite de siège ou une abrasion interne des composants adjacents. Dans les cas extrêmes, ce cycle peut entraîner des piqûres de corrosion, un amincissement localisé du métal ou un fragilisation due à une oxydation intergranulaire. Pour lutter contre les dommages à l'oxydation, les alliages élevés en chrome ou à haute aluminium sont souvent utilisés en raison de leur capacité à former des échelles d'oxyde adhérent stables.
