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MOULE
L'idée de fabriquer en un seul cristal orienté des pièces telles que des pales et ailettes de turbines, est dé- crite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 540.114 déposée le 17 février 1966 au nom de l'inventeur.
Par exemple, des pales de turbine monocristallines sont dépour- vues de frontières entre grains et sont donc moins sujettes ,
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à ruptures eu corrosien et est des propriétés très souhaite. blet à haute température. La produotion en grande quantité de ces pièces a exigé de perfectionner la technique de moulage et de développer des moule* de conceptions nouvelles.
Une caractéristique de cette invention est un upule adapté à produire des pièces moulées monooristallines dépour- vues d'inclusions, aveo l'orientation dendritique déairée par rapport à l'axe de la pièce moulée.
Une autre caractéristique est un dispositif permet- tant de produire en une fois dans un seul moule plusieurs piè- oes Boulée. ayant l'orientation cristalline souhaitée.
La Figure 1 est une coupe horizontale d'un moule, prise suivant la ligne 1-1 de la Figure 2,
La Figure 2 est une vue de face du moule, l'une des branches latérales étant enlevée,
La Figure 3 est une vue en bout du moule de la Fi- gure 2, et
La Figure 4 est une coupe d'une modification de la partie .pièce. du moule.
Le moule inventif est un moule enveloppe et peut être obtenu en réalisant un modèle en cire de toute la struc- ture moulée, en plongeant ensuite plusieurs fois le modèle dans la matière de moule jusqu'à ce qu'il se soit formé une enveloppe d'épaisseur adéquate. Le moule est alors cuit à une température qui fera fondre la cire qui s'écoulera alors du moule. C'est une technique maintenant bien au point qui ne fait pas partie de la présente invention. Celle-ci comprend le dispositif de moulage pour produire les résultats désirés. La pièce moule monocristalline est décrite dans la demande de brevet susdite.
Le moule inventif est entièrement creux et a une partie centrale de départ 2 dont la section transversale est de préférence carrée avec une extrémité inférieure ouverte 4
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prévue pour refeser sur une plaque refroidisseuse 6 pendant le moulut. La plaque refroidisseuse amène une solidification contrôlée par enlèvement de la chaleur du métal ou de l'alliage à une vitesse choisie. La partie de départ 2 a un étranglement 8 en un endroit écarté de l'extrémité inférieure ouverte, de telle aorte que, au dessus de cet étranglement, la partie de départ a une section transversale de surface plus petite, mais substantielle constante, sur le reste de son étendue jusqu'à son sommet.
De cette façon, seule la partie centrale du grain formé directement au dessus du refroidisseur 6 se prolonge dans la zone plus étroite de la partie de départ.
Comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3,260,505; la croissance des grains e forme de colonne dé- bute au refroidisseur et se propage vers le haut au fur et à mesure que se produit la solidification. Le moule est maintenu à une température supérieure au point de fusion de l'alliage jusqu'à ce que celui-ci soit versé, de telle sorte que la soli- dification débute uniquement au refroidisseur. On comprendra que les grains en colonne dans la partie de départ ont une orien. talion préférée <001>. Ils sont représentés à le Figure 1 par les extrémités de colonnes 10.
De part et d'autre de la partie de départ 2, plus bas que son sommet et au dessus de l'étranglement 8, sont montées dos branches latérales 12 qui sont également de préférence recti' ligne en section transversale. Chaque branche 12 est inclinée vers le haut à partir de la partie de départ, comme représenté.
Un petit étranglement 14 s'étend d'un bout à l'autre du coté de la partie de départ auquel est fixée la branche, juste en dessous du point d'attache. Cet étranglement réduit le nonbre de grains en colonnes à cet endroit et favorise la croissance des grains. Seuls les grains arrivant à hauteur de la branche au dessus de cet étranglement croissent Moralement dans la @
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branoha; , ils deviennent clora semblables à des lames, comme o y1, r ^-:."' . . : 18 ,¯bla,1.8 . des ' . o t :., ! représenté par les grains individuels 16. Donc, seul un petit nombre de grains en colonne se forment dans ces branches, et la plupart des grains s'étendent substantiellement sur toute la longueur de la branche.
Les parties "piècean, 18, du moule sont fixées aux cotés des branches, en des points éoartés des extrémités des branches, par des parties de moule transversales 20 inclinées vers le haut à partir de la branche. Juste avant le point d'at- tache des parties de moule transversales, un étranglement 22 est réalisé le long du cote de la branche auquel est fixée la partie transversale. Ceci réduit la croissance des grains dans cette zone et assure qu'un seul grain en lame se trouve à l'ex- trémité de chaque partie transversale,, Donc, dans ces parties transversales, il n'y aura croissance que d'un seul grain qui se prolongera dans le moule pour la pièce.
Le moule pour la pièce représenté est un moule pour pale de turbine ayant une section "pied" 24 à sa base, là où il s'attache à la partie transversale, une section 'profil* 26 et une section ''emboîtement'' 28. L'axe longitudinal de ce moule traverse les sections pied, profil et emboîtement et est l'axe le long duquel la pale est soumise à l'effort le plus élevé en fonctionnement. C'est le long de cet axe que soit se disposer l'orientation <001>, et l'axe longitudinal est donc par- pendiculaire à l'ouverture inférieure du moule et donc au re- froidisseur. Donc, l'orientation verticale dans les graina en colonnes de la partie de départ se prolonge dans les parties "pièces".
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Les parti@@ tranotversales ont également de pr6t6ft 1,9 une section transversale rectangulaire et, prêt de l'extrémité externe, chaque partie transversale est munie d'un orifice en
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cul de sac 30 formé par un rentrant vertical dans le moule.
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j,,<..,;$> ,,,,:;;¯>,j,¯ ,;:"1 J :..: /.........f?' ".."- "",.. ....J."').. ", ,, ...1...........; ,' - < Ce rentrant reçoit toute particule étrangère flottant sur le métal ou l'alliage liquide de telle sorte qu'elles sont éva- cuées de la partie "pièce"du moule.
Ces particules étrangères peuvent, si elles ne sont pas prises au piège, servir de sites de nucléation pour une croissance indésirable de grains. L'ap- parence de ces grains à la surface de l'article moulé esi te "tavelée".
Le prolongement de la partie de départ au delà des points d'attache des branches, et le prolongement des branches au delà dea raccorda transversaux améliorent la perfection de l'orientation des grains et servent de pièges supplémentaires pour les inclusions. Les différentes caractéristiques décrites plus haut contribuent chacune à sa façon à assurer le produc-
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tion d'une pièce moulée aonooristalline sans inclusions ni dé- fauta superficiels et avec l'orientation cristalline souhaitée.
On comprendre que le moule comprend également un trou do coulée grâce auquel le moule peut être rempli de métal ou d'alliage. Dans le dispositif représenté, ce trou de aoulée 32 est fixé aux extrémité* supérieures des différentes parties "pièces" pour assurer un remplissage complet de tout le moule, y compris chaque partie "pièce".
On comprendra que l'orienta- tion de la structure dendritique du seul cristal dans chaque pièce peut l'tire contrôlée par une orientation appropriée de l'axe de la partie "pièce" par rapport au refroidisseur.
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gomme représenté à la 71gar8 4, il peut Otre souhai- table d'ajouter des piégea à particules étrangères supplémen- taires dans la partie "pièce" du moule* A cette fin, on a prévu des rentrante 34 au bord d'attaque et au bord de fuite de la section "profil", 26, de la partie *pièce* du meule, dons les-
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quel@ seront reanoillies tout** les impurottt rewlant à la sur- face du métal eu de l'alliage liquida).
Ces remtrante forment /
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des saillies 36 sur la pièce coulée, saillies qui sont enlevées
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1 .."' l't.., .lJ , par un usinage approprié pour produire les contours désirés aux bords d'attaque et de fuite du profil de la pièce terminée.
REVENDICATIONS 1. Moule pour produire des pièces moulées en un seul cristal orienté, caractérisé en ce qu'il est placé sur un re- froidisseur pour le moulage et en ce qu'il comprend une partie centrale ouverte à son extrémité inférieure pour reposer sur le refroidisseur, au moins une branche latérale sortent de la par- tie centrale et au moins une partie destinée au moulage d'une pièce, fixée au c8té de la branche latérale, l'axe longitudi- nal de cette dernière partie faisant des angles droits par rap- port à l'extrémité ouverte de la partie centrale, de façon à produire l'orientation désirée dans la pièce moulée.
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MOLD
The idea of manufacturing parts such as turbine blades and vanes in a single oriented crystal is described in United States Patent Application No. 540,114 filed February 17, 1966 in the name of the inventor. .
For example, single crystal turbine blades are devoid of grain boundaries and are therefore less prone,
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with corrosive ruptures and are very desirable properties. high temperature blet. The production in large quantities of these parts required perfecting the molding technique and the development of new mold designs.
A feature of this invention is an upule adapted to produce monooristalline moldings devoid of inclusions, with the dendritic orientation mismatched with respect to the axis of the molded part.
Another feature is a device which allows several Boulée parts to be produced at once in a single mold. having the desired crystal orientation.
Figure 1 is a horizontal section of a mold, taken along line 1-1 of Figure 2,
Figure 2 is a front view of the mold, one of the side branches being removed,
Figure 3 is an end view of the mold of Figure 2, and
Figure 4 is a sectional view of a modification of the part. of the mold.
The inventive mold is an envelope mold and can be obtained by making a wax model of the entire molded structure, then dipping the model several times into the mold material until a dome shell has formed. adequate thickness. The mold is then baked at a temperature which will melt the wax which will then flow from the mold. It is a technique now well developed which does not form part of the present invention. This includes the molding device to produce the desired results. The monocrystalline mold part is described in the aforementioned patent application.
The inventive mold is entirely hollow and has a starting central part 2, the cross section of which is preferably square with an open lower end 4
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intended to remake on a cooling plate 6 during the milling. The cooler plate provides controlled solidification by removing heat from the metal or alloy at a selected rate. The starting part 2 has a constriction 8 at a location spaced from the open lower end, such that, above this constriction, the starting part has a cross-section of smaller, but constant substantial area on the body. rest of its extent to its summit.
In this way, only the central part of the grain formed directly above the cooler 6 extends into the narrower area of the starting part.
As described in US Pat. No. 3,260,505; grain growth in columnar form begins at the cooler and propagates upward as solidification occurs. The mold is maintained at a temperature above the melting point of the alloy until the alloy is poured so that solidification begins only at the cooler. It will be understood that the grains in column in the starting part have an orientation. preferred talion <001>. They are represented in Figure 1 by the ends of columns 10.
On either side of the starting part 2, lower than its top and above the constriction 8, are mounted back side branches 12 which are also preferably straight in cross section. Each branch 12 is inclined upwards from the starting part, as shown.
A small constriction 14 extends from one end to the other on the side of the starting part to which the branch is attached, just below the point of attachment. This constriction reduces the number of grains in columns at this location and promotes grain growth. Only the grains arriving at the height of the branch above this constriction grow Morally in the @
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branoha; , they become blade-like clora, like o y1, r ^ - :. "'..: 18, ¯bla, 1.8. des'. ot:.,! represented by the individual grains 16. So only a small many columnar kernels form in these branches, and most kernels extend substantially the full length of the branch.
The piece parts, 18, of the mold are fixed to the sides of the legs, at points away from the ends of the legs, by transverse mold parts 20 inclined upwards from the leg. Just before the point of attachment. spot of the transverse mold parts, a constriction 22 is made along the side of the branch to which the transverse part is attached. This reduces the growth of kernels in this area and ensures that only one blade kernel is at the ex. - end of each transverse part ,, So in these transverse parts there will only be growth of a single grain which will extend into the mold for the part.
The mold for the part shown is a turbine blade mold having a "root" section 24 at its base, where it attaches to the cross section, a "profile * section 26" and a "nest" section 28 The longitudinal axis of this mold passes through the root, profile and socket sections and is the axis along which the blade is subjected to the highest force in operation. Orientation <001> is located along this axis, and the longitudinal axis is therefore parallel to the lower opening of the mold and therefore to the cooler. So, the vertical orientation in the columnar seeds of the starting part extends into the "room" parts.
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The transverse parts also preferably have a rectangular cross-section and, near the outer end, each transverse part is provided with a shaped orifice.
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cul-de-sac 30 formed by a vertical re-entrant in the mold.
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j ,, <..,; $> ,,,,: ;; ¯>, j, ¯,;: "1 J: ..: /.........f? ' ".." - "", .. .... J. "') ..", ,, ... 1 ...........;,' - <This re-entrant receives any particle foreign floating on the liquid metal or alloy such that they are vented from the "part" part of the mold.
These foreign particles can, if not trapped, serve as nucleation sites for unwanted grain growth. The appearance of these grains on the surface of the molded article is "speckled".
The extension of the starting part beyond the attachment points of the branches, and the extension of the branches beyond the transverse joints improve the perfection of the orientation of the grains and serve as additional traps for inclusions. The different characteristics described above each contribute in their own way to ensuring the production.
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tion of an aonooristalline molded part without inclusions or superficial defects and with the desired crystalline orientation.
It will be understood that the mold also includes a tap hole whereby the mold can be filled with metal or alloy. In the device shown, this discharge hole 32 is fixed to the upper ends * of the various "part" parts to ensure complete filling of the entire mold, including each "part" part.
It will be appreciated that the orientation of the dendritic structure of the single crystal in each room can be controlled by an appropriate orientation of the axis of the "room" portion relative to the cooler.
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gum shown at 71gar84, it may be desirable to add additional foreign particle traps in the "part" part of the mold * To this end, reentrants 34 are provided at the leading edge and at the bottom. trailing edge of the "profile" section, 26, of the part * part * of the grinding wheel, including
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which @ will be reanoillies all ** the impurities rewlant on the surface of the metal or of the liquid alloy).
These referrals form /
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protrusions 36 on the casting which protrusions are removed
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1 .. "'l't .., .lJ, by suitable machining to produce the desired contours at the leading and trailing edges of the profile of the finished part.
CLAIMS 1. A mold for producing molded parts of a single oriented crystal, characterized in that it is placed on a cooler for molding and in that it comprises a central part open at its lower end to rest on the mold. cooler, at least one lateral branch protrudes from the central part and at least one part intended for the molding of a part, fixed to the side of the lateral branch, the longitudinal axis of the latter part forming right angles by relative to the open end of the core, so as to produce the desired orientation in the molded part.