BR112018077120B1

BR112018077120B1 - Forno de resfriamento, e, processo de resfriamento por solidificação dirigida para peça metálica de fundição

Info

Publication number: BR112018077120B1
Application number: BR112018077120-1A
Authority: BR
Inventors: Ngadia Taha Niane; Serge Fargeas; Saïd BOUKERMA; Serge TENNE; Gilles Martin
Original assignee: Safran; Safran Aircraft Engines
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2022-07-26
Also published as: WO2018002506A1; US10730108B2; BR112018077120A2; US20200180019A1; RU2019101951A; RU2019101951A3; RU2744601C2; CN109475931B; FR3052991A1; CA3029438A1; EP3475012A1; CN109475931A; EP3475012B1; FR3052991B1; CA3029438C

Abstract

Forno de resfriamento (20) por solidificação dirigida para metal fundido, compreendendo um recinto interno (26) cilíndrico com um eixo geométrico central vertical (X) e um suporte de molde (28) posicionado no recinto interno (26), o recinto interno (26) compreendendo uma zona de vazamento (A) e uma zona de resfriamento (B), a zona de vazamento (A) e a zona de resfriamento (B) sendo sobrepostas uma sobre a outra, as zonas de vazamento e de resfriamento sendo isoladas termicamente uma da outra, quando o suporte de molde está disposto na zona de vazamento (A), por uma primeira blindagem térmica (31) fixa e uma segunda blindagem térmica (32) levada pelo suporte de molde (28), a zona de vazamento (A) compreendendo pelo menos um primeiro dispositivo de aquecimento e a zona de resfriamento (B) compreendendo um segundo dispositivo de aquecimento (60), os primeiro e segundo dispositivos de aquecimento sendo configurados para que a temperatura da zona de vazamento (A) seja superior à temperatura da zona de resfriamento (B), a zona de resfriamento (B) compreendendo uma parte alta (B?) e uma parte baixa (B) sobrepostas uma sobre a outra e isoladas termicamente uma da outra por uma terceira blindagem térmica (33), a parte alta (¿) da zona de resfriamento (B) compreendendo o segundo dispositivo de aquecimento (60).

Description

DOMINIO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere ao domínio do resfriamento de peças metálicas fabricadas por fundição, mais particularmente um forno de resfriamento por solidificação dirigida para peça metálica de fundição, e um processo de resfriamento por solidificação dirigida de uma peça metálica de fundição utilizando um tal forno.

ESTADO DA TÉCNICA ANTERIOR

[002] Processos de fundição ditos com cera perdida ou com modelo perdido são particularmente adaptados para a produção de peças metálicas de formas complexas. Assim, a fundição a modelo perdido é notadamente utilizada para a produção de pás de turbomáquinas.

[003] Na fundição com modelo perdido, a primeira etapa é a obtenção de um modelo de material a temperatura de fusão comparativamente pouco elevada, como por cera uma cera ou resina, sobre a qual é em seguida sobremoldado um molde. Depois da consolidação do molde, o material é evacuado do interior do molde. Um metal em fusão é em seguida vazado neste molde, a fim de preencher a cavidade formada pelo modelo no molde depois de sua evacuação. Uma vez que o metal é resfriado e completamente solidificado, o molde pode ser aberto ou destruído a fim de recuperar uma peça metálica conformada à forma do modelo.

[004] A fim de poder produzir várias peças simultaneamente, é possível de reunir vários modelos em um só grupo, cada modelo sendo ligado a uma árvore que forma, no molde, canais de vazamento para o metal em fusão.

[005] Entende-se por “metal”, no presente contexto, tanto metais puros quanto ligas metálicas.

[006] A fim de poder aproveitar as vantagens destas ligas metálicas para obter propriedades termomecânicas vantajosas em uma peça produzida por fundição, pode ser desejável assegurar uma solidificação dirigida do metal no molde.

[007] Entende-se por “solidificação dirigida”, no presente contexto, o controle da germinação e do crescimento de cristais sólidos, em uma direção dada, no metal em fusão durante sua passagem do estado líquidopara o estado sólido. O objetivo de uma tal solidificação dirigida é o de evitar os efeitos negativos dos contornos de grãos na peça. Assim, a solidificação dirigida pode ser colunar ou monocristalina. A solidificação dirigida colunar consiste em orientar todas os contornos de grãos em uma mesma direção, de maneira a reduzir sua contribuição para a propagação de fissuras. A solidificação dirigida monocristalina consiste em a assegurar a solidificação da peça em um único cristal, de maneira a suprimir os contornos de grãos.

[008] As peças produzidas por solidificação dirigida podem atingir não somente resistências mecânicas particularmente elevadas em todos os eixos de esforço, mas também uma resistência térmica melhorada, porque pode-se dispensar aditivos destinados a ligar mais fortemente entre si os grãos cristalinos. Assim, estas peças metálicas assim produzidas podem ser vantajosamente utilizadas, por exemplo, nas partes quentes de turbinas.

[009] Nos processos de fundição por solidificação dirigida, um metal líquido é vazado em um molde compreendendo um cilindro central que se estende, segundo um eixo principal, entre uma bucha de vazamento e uma base, e uma pluralidade de cavidades de moldagem arranjadas em grupo em torno do cilindro central, cada uma ligada à bucha de vazamento por um canal de alimentação. Depois do vazamento do metal em fusão nas cavidades do molde através da bucha de vazamento, este metal em fusão é progressivamente resfriado, segundo o dito eixo principal a partir da base para a bucha de vazamento. Isto pode ser feito, por exemplo, extraindo progressivamente o molde de um forno ou de uma câmara de aquecimento, segundo o eixo principal, para baixo, enquanto se resfria a base.

[0010] Graças ao resfriamento progressivo do metal em fusão a partir da base, a solidificação do metal começa na proximidade da base e se estende a partir desta última segundo uma direção paralela ao eixo principal.

[0011] No entanto, no curso da solidificação e do resfriamento do metal, gradientes térmicos elevados podem existir entre diferentes partes do molde e o metal gerando distorções e tensões termomecânicas na peça. Para limitar estas tensões, um resfriador de cobre, permitindo manter uma zona de resfriamento a uma temperatura de cerca de 300°C, é utilizado a fim de diminuir os gradientes térmicos existentes na peça no curso da solidificação dirigida.

[0012] Todavia, as peças produzidas atualmente sendo cada vez mais complexas (novas ligas, pás de turbinas ocas ou maciças e/ou tendo espessuras de parede mais finas), as tensões termomecânicas geradas podem ser a causa de formação de grãos recristalizados e de trincas durante a solidificação e o resfriamento destas pás, criando assim zonas de fragilidade da peça final.

APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO

[0013] A presente revelação se refere a um forno de resfriamento por solidificação dirigida para peça metálica de fundição, compreendendo: - um recinto interno cilíndrico de eixo central vertical, - um suporte de molde disposto no recinto interno, - o recinto interno comportando: - uma zona de vazamento, - uma zona de resfriamento, a zona de vazamento e a zona de resfriamento sendo superpostas uma sobre a outra, - as zonas de vazamento e de resfriamento sendo isoladas termicamente uma da outra quando o suporte de molde é disposto na zona de vazamento, por uma primeira blindagem térmica fixa e uma segunda blindagem térmica portada pelo suporte de molde, - a zona de vazamento comportando pelo menos um primeiro dispositivo de aquecimento e a zona de resfriamento comportando um segundo dispositivo de aquecimento, os primeiro e segunda dispositivos de aquecimento sendo configurados para que a temperatura da zona de vazamento seja superior à temperatura da zona de resfriamento, - a zona de resfriamento comportando uma parte alta e uma parte baixa superpostas uma sobre a outra e isoladas termicamente uma da outra por uma terceira blindagem térmica, a parte alta da zona de resfriamento comportando o segundo dispositivo de aquecimento.

[0014] Na presente revelação, por “cilíndrico”, compreende-se que a parede do forno definindo o recinto interno possui uma seção de forma qualquer que pode ser circular, quadrada ou hexagonal segundo um plano perpendicular ao eixo vertical central do forno. Todavia, a forma do forno pode igualmente apresentar uma seção globalmente oblonga.

[0015] O suporte de molde pode ser uma placa que pode se deslocar verticalmente segundo o eixo central do forno e sendo apta a suportar o molde em que o metal líquido deve ser vazado.

[0016] Na presente revelação, a zona de vazamento designa a zona do recinto interno do forno na qual se efetua o vazamento do metal líquido no molde. O suporte de molde é então posicionado na parte baixa desta zona de vazamento ou entre a zona de vazamento e a zona de resfriamento, de maneira que o molde, disposto sobre o suporte de molde, é igualmente disposto nesta zona.

[0017] Na presente revelação, a zona de resfriamento designa a zona do recinto interno do forno posicionada verticalmente sob a zona de vazamento na qual, quando o molde é posicionado nesta zona de resfriamento, o metal líquido presente no molde depois do vazamento se resfria e se solidifica pouco a pouco.

[0018] Na presente revelação, os termos “acima”, “abaixo”, “alta”, “baixa”, “sob”, são definidos em relação ao sentido de vazamento do metal no molde sob o efeito da força da gravidade, ou seja, em relação à orientação normal do molde e do forno de resfriamento durante o vazamento do metal no molde.

[0019] As zonas de vazamento e de resfriamento comportam um primeiro e um segundo dispositivos de aquecimento respectivamente, de maneira que a temperatura da zona de vazamento seja superior à temperatura da zona de resfriamento. O fato de que a temperatura da zona de resfriamento é inferior à temperatura da zona de vazamento permite ao metal no molde de passar progressivamente do estado líquido ao estado sólido.

[0020] As duas zonas são isoladas termicamente uma da outra por uma primeira blindagem térmica fixa que pode ser disposta na parede do forno, e por uma segunda blindagem térmica portada pelo suporte de molde quando este último é disposto na zona de vazamento, permitindo regular mais precisamente a temperatura de cada zona, sem que ela sofra a influência da temperatura da zona vizinha.

[0021] A regulagem dos dispositivos de aquecimento, e assim da temperatura das zonas de vazamento e de resfriamento permite controlar as temperaturas, a velocidade de resfriamento e assim os gradientes de temperatura durante o resfriamento do metal, e assim limitar as tensões termomecânicas e as deformações plásticas no metal.

[0022] A parte alta da zona de resfriamento comportando o segundo dispositivo de aquecimento permite controlar os gradientes de temperatura no metal no curso da solidificação dirigida. A terceira blindagem térmica pode ser disposta na parede do forno. A parte alta da zona de resfriamento é assim isolada termicamente da zona de vazamento pelas primeira e segunda blindagens térmicas e da parte baixa da zona de resfriamento pela terceira blindagem térmica, o que permite regular mais precisamente a temperatura desta zona, sem que ela sofra a influência da temperatura das zonas vizinhas.

[0023] Em certos modos de realização, a parte alta da zona de resfriamento é removível.

[0024] Por “removível”, compreende-se que a parte alta da zona de resfriamento pode ser separada do resto do forno. É assim possível adaptar o segundo dispositivo de aquecimento em função do tipo de liga utilizado para a peça metálica em pois, em função dos gradientes de temperatura que deve existir nesta peça no curso da solidificação dirigida. É notadamente possível substituir esta parte para voltar ao resfriador de cobre conhecido, se for o caso. Isto apresenta a vantagem de oferecer uma ampla escolha possível de ligas e de geometrias para a peça metálica, o forno sendo adaptável em função destes diferentes tipos de liga, mas igualmente oferecer uma manutenção simples e rápida para os operadores.

[0025] Em certos modos de realização, o segundo dispositivo de aquecimento compreende um susceptor de indução.

[0026] Em certos modos de realização, o segundo dispositivo de aquecimento compreende uma resistência elétrica.

[0027] Em certos modos de realização, o recinto interno tem um diâmetro superior ou igual a 20 cm, de preferência superior ou igual à 50 cm, de preferência ainda superior ou igual a 80 cm.

[0028] Isto permite melhorar a eficácia do procedimento de fabricação das peças metálicas, oferecendo a possibilidade de utilizar grupos de tamanhos superiores, comportando um número superior de peças ou peças de formas complexes ocupando um volume superior.

[0029] Em certos modos de realização, a zona de vazamento comporta uma parte alta e uma parte baixa isoladas termicamente uma da outra por uma quarta blindagem térmica, a parte alta comportando um dispositivo de aquecimento alto e a parte baixa comportando um dispositivo de aquecimento baixo.

[0030] Em certos modos de realização, os dispositivos de aquecimento alto e baixo da zona de vazamento são configurados para que a temperatura da parte alta seja superior ou igual à temperatura da parte baixa.

[0031] Em certos modos de realização, os dispositivos de aquecimento alto e baixo da zona de vazamento são configurados para que a temperatura da parte baixa seja superior ou igual à temperatura da parte alta.

[0032] Isto permite controlar as temperaturas na zona de vazamento e adaptar as temperaturas das partes alta e baixa da zona de vazamento em função do tipo de grupo e do tipo de liga considerado. Isto permite consequentemente controlar os gradientes térmicos no sentido da solidificação dirigida e controlar o tempo de resfriamento.

[0033] A presente revelação se refere igualmente a um processo de resfriamento por solidificação dirigida de uma peça metálica de fundição utilizando o forno da presente revelação, compreendendo as etapas de: fixação da parte alta da zona de resfriamento sobre o forno, ajuste da zona de vazamento a uma temperatura de vazamento e da zona de resfriamento a uma temperatura de resfriamento, a temperatura da parte alta da zona de resfriamento sendo superior ou igual a 700°C, resfriamento progressivo da peça metálica por deslocamento do suporte de molde no interior do forno da zona de vazamento para a zona de resfriamento.

[0034] No curso da solidificação dirigida, quando o suporte de molde se desloca para baixo na direção vertical, o molde, disposto sobre o suporte de grupo, passa progressivamente da zona de vazamento à zona de resfriamento. Este processo permite, por um lado, adaptar a parte alta da zona de resfriamento em função do tipo de grupo e do tipo de liga considerado e, por outro lado, regular as temperaturas das diferentes zonas a valores permitindo resfriar o metal da peça metálica por solidificação dirigida controlando os gradientes de temperatura dentro da peça e consequentemente limitar o risco de aparecimento de grãos recristalizados e assim de defeitos ou de pontos de fragilidade da peça.

[0035] Em certos modos de realização, a diferença de temperatura entre a zona de vazamento e o metal líquido é compreendida entre 0°C e 50°C, a temperatura da zona de vazamento sendo inferior à temperatura do metal líquido.

[0036] O fato de não exceder esta diferença de temperatura permite, quando o molde é posicionado na zona de vazamento, conservar o metal no l estado líquido, de maneira que a totalidade do metal presente no molde permanece no estado líquido durante toda a fase de vazamento. Isto permite evitar a presença de defeitos metalúrgicos que poderiam aparecer no caso de uma solidificação não controlada.

[0037] Em certos modos de realização, a temperatura da parte alta da zona de resfriamento é superior ou igual a 700°C, de preferência superior ou igual a 800°C, de preferência ainda superior ou igual a 900°C.

[0038] O fait de se regular a temperatura desta zona a estes valores permite ao metal, no curso da solidificação dirigida, passar do estado líquido ao estado sólido, enquanto limita os gradientes de temperatura dentro do grupo. Isto permite obter um resfriamento mais progressivo e mais lento, limitando assim os riscos de aparecimento de grãos recristalizados, e assim controlar as tensões e as deformações na peça.

[0039] Em certos modos de realização, no curso do resfriamento da peça metálica, a velocidade de resfriamento em um ponto dado da peça metálica é inferior a -0,30°C/s, de preferência inferior ou igual a -0,25°C/s, e superior a -0,10°C/s, de preferência superior ou igual a -0,15°C/s.

[0040] As velocidades de resfriamento têm valores negatives. Com efeito, por exemplo, uma velocidade de resfriamento de -0,30°C/s significa que no curso do resfriamento, a temperatura em um ponto dado da peça metálica diminui de 0,30°C a cada segundo. Consequentemente, por “inferior a -0,30°C/s”, compreende-se uma velocidade de resfriamento mais lenta, de maneira que estes é valores devem ser considerados em valor absoluto. Por exemplo, -0,25°C/s é uma velocidade de resfriamento inferior a - 0,30°C/s.

[0041] Estas velocidades de resfriamento permitem diminuir os gradientes de temperaturas na peça metálica controlando ainda mais seu resfriamento e assim limitar o risco de aparecimento de grãos recristalizados e de defeitos da peça.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0042] A invenção e suas vantagens serão melhor compreendidas pela leitura da descrição detalhada dada aqui de diferentes modos de realização da invenção dados a título de exemplos não limitativos. Esta descrição faz referência às páginas de figuras anexas, nas quais: - a figura 1 é uma vista lateral de um molde tipo carapaça compreendendo um grupo de fundição; - a figura 2 é uma vista em corte esquemática de um forno de resfriamento; - a figura 3A é uma vista em corte esquemática do forno da figura 2, o molde da figura 1 sendo disposto na zona de vazamento e a figura 3B é uma vista em corte esquemática do forno e do molde durante a solidificação dirigida; - a figura 4 é um gráfico ilustrando a evolução da temperatura em um ponto de uma peça para diferentes temperaturas da parte removível; - a figura 5 representa as tensões térmicas em uma peça metálica comparando a l utilização de um forno clássico e de um forno de acordo com a presente revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS EXEMPLOS DE REALIZAÇÃO

[0043] Um exemplo de forno 20 de acordo com a presente revelação e um processo de resfriamento por solidificação dirigida de pás de fundição vão agora ser apresentados em relação com as figuras 1 a 5.

[0044] A fabricação de pás é realizada por um processo de fundição. Uma primeira etapa deste processo de fundição consiste em fabricar um modelo da pá e em reagrupar uma pluralidade de modelos de maneira a formar um grupo permitindo a fabricação de um molde, descrito na etapa seguinte.

[0045] Em uma segunda etapa, fabrica-se um molde carapaça a partir do grupo de cera.

[0046] Por último a operação da segunda etapa consiste em eliminar a cera do modelo de grupo do molde carapaça 1. Esta eliminação da cera é realizada levando o molde carapaça a uma temperatura superior à temperatura de fusão da cera.

[0047] Em uma terceira etapa, forma-se o grupo 10 de pás 12 (Fig. 1) no molde carapaça 1 vazando o metal em fusão no molde carapaça 1. O vazamento do metal no molde carapaça 1 é efetuado e pela parte superior do molde, chamada bucha de vazamento 14. No curso desta etapa, o molde carapaça 1 se encontra em uma zona de vazamento tem do forno de resfriamento 20.

[0048] Em uma quarta etapa, o metal presente no molde carapaça é resfriado e solidificado em uma zona de resfriamento B do forno de resfriamento 20.

[0049] Enfim, em uma quinta etapa, depois que o grupo 10 tenha sido liberado do molde carapaça 1 por um processo de abatimento, cada uma das pás 12 é separada do resto do grupo 10 e acabada por processos de acabamento, por exemplo processos de usinagem.

[0050] A invenção se refere notadamente ao forno de resfriamento 20 e ao processo de solidificação executado durante a quarta etapa indicada acima.

[0051] Este processo de solidificação, chamado solidificação dirigida é executado por meio do forno 20 (Fig.2).

[0052] O forno 20 compreende uma parede cilíndrica 22 de eixo central vertical X, e uma parede superior 24 disposta sobre a extremidade superior da parede cilíndrica 22, perpendicularmente ao eixo X, de maneira que as paredes, cilíndrica 22 e superior 24, formam um recinto interno 26 do forno. A parede superior comporte um orifício 240, posicionado sensivelmente no centre da parede 24.

[0053] O forno se compõe de uma zona de vazamento A e de uma zona de resfriamento B, superpostas uma sobre a outra, de maneira que a zona de vazamento A é disposta acima da zona de resfriamento B. As zonas de vazamento A e de resfriamento B são isoladas termicamente uma da outra por uma primeira blindagem térmica 31, que pode ser um material termicamente não condutor inserido na parede 22. Por exemplo, a primeira blindagem térmica 31 pode ser composta de papel grafita comprimido, ou de um sanduiche comportando uma camada de feltro comprimida entre duas camadas de grafita possuindo uma emissividade compreendida entre 0,4 e 0,8 em função da temperatura (comercializadas por exemplo sob a denominação de PAPEYX).

[0054] O forno 20 comporta ainda um suporte de molde 28 horizontal, disposto dentro do recinto interno 26 e fixado sobre um macaco 29 permitindo deslocar o suporte 28 verticalmente para cima ou para baixo. O suporte de molde 28 comporta uma segunda blindagem térmica 32, de maneira que quando o molde 1 é posicionado sobre o suporte de molde 28, o molde 1 é isolado termicamente do resto do recinto interno 26 que se situa sob a segunda blindagem térmica 32. Assim, quando o molde 1 se encontra na zona de vazamento A, ele está isolado termicamente da zona de resfriamento B pela primeira blindagem térmica 31 e pela segunda blindagem térmica 32.

[0055] Além do mais, a zona de resfriamento B compreende por sua vez uma parte alta B’ e uma parte baixa B”, as partes alta B1 e baixa B” sendo superpostas uma sobre a outra de maneira que a parte alta B’ é disposta acima da parte baixa B”. As partes alta e baixa B’ e B” são isoladas termicamente uma da outra por uma terceira blindagem térmica 33. A parte alta B’ comporta igualmente um dispositivo de aquecimento 60 comportando um susceptor 62 e uma bobina de aquecimento 64. A parte baixa B”, constituindo a parte inferior do forno 20, é ligada a uma armação 70.

[0056] A parte alta B’ da zona de resfriamento B é removível. O dispositivo de aquecimento 60 pode assim ser adaptado em função das peças que devem ser resfriadas, suas dimensões e suas ligas. Isto permite igualmente simplificar e facilitar as operações de manutenção para os operadores.

[0057] A zona de vazamento A compreende igualmente uma parte alta A’ e uma parte baixa A”, as partes alta A’ e baixa A” sendo superpostas uma sobre a outra de maneira que a parte alta A’ é disposta acima da parte baixa A”. As partes alta e baixa A’ e A” são isoladas termicamente uma da outra por uma quarta blindagem térmica 34. A parte alta A’ comporta um dispositivo de aquecimento 40 comportando um susceptor 42 e uma bobina de aquecimento 44. O susceptor 42 pode ser um tubo de grafita disposto no recinto interno 26 de maneira a ser aplicado contra a parede 22 do forno 20. A bobina de aquecimento 44 pode ser uma bobina de cobre circundando a parede externa 22, permitindo criar um campo magnético tendo por efeito aquecer o susceptor 42. Este último aquece assim igualmente o recinto interno 26 por radiação. Além do mais, o recinto interno 26 é colocado sob vácuo, de maneira a preservar o susceptor de grafita de qualquer oxidação. De maneira alternativa, o recinto interno 26 pode igualmente ser posto sob vácuo parcial com uma presença de gás neutro, por exemplo o argônio.

[0058] A parte baixa A” comporta igualmente um dispositivo de aquecimento 50 comportando um susceptor 52 e uma bobina de aquecimento 54, o dispositivo de aquecimento 50 da parte baixa A” sendo distinto do dispositivo de aquecimento 40 da parte alta A’, de maneira a poder aquecer as partes independentemente uma da outra, e assim controlar os gradientes de temperatura no recinto interno 29 no nível da zona de vazamento A.

[0059] No exemplo presente, o diâmetro interne da parede cilíndrica fica compreendido entre 200 e 1000 mm. A zona de vazamento se estende verticalmente sobre uma altura de 1 m. Estas dimensões permitem trabalhar com grupos de grande tamanho, comportando um número superior de pás cuja altura pode estar compreendida entre 200 e 300 mm. A parte alta removível B’ se estende verticalmente sobre uma altura compreendida entre 150 e 300 mm.

[0060] Um processo de resfriamento por solidificação dirigida de pás metálicas de fundição utilizando o forno descrito acima vai ser agora descrito.

[0061] Inicialmente, a parte alta B’ da zona de resfriamento é fixada ao forno 20.

[0062] Previamente, uma etapa de vazamento, ilustrada na figura 3A, consiste em dispor o molde 1 na zona de vazamento A posicionando-o sobre o suporte 28, por sua vez situado na zona de vazamento A. o molde 1 é posicionado de maneira que a bucha de vazamento 14 fique de frente para o orifício 240 da parede superior 24 do forno 20. Metal no estado líquido a uma temperatura compreendida entre 1480 e 1600°C, contido em um cadinho 80, é então vertido na bucha 14 via o orifício 240, até o enchimento quase completo do molde 1, a bucha de vazamento 14 não sendo senão parcialmente preenchida.

[0063] Paralelamente a esta etapa de vazamento, os dispositivos de aquecimento 40 e 50 são regulados de maneira a aquecer o molde 1 por radiação térmica, de maneira a manter este último a uma temperatura compreendida entre 1480°C e 1600°C. A temperatura da zona de vazamento é, pois, inferior ou igual à temperatura do metal líquido, a diferença estando compreendida entre 0 e 50°C. Assim, a temperatura do metal líquido vazado no molde 1 permanece superior à temperatura de fusão do metal, de maneira a evitar uma solidificação não desejada do metal no molde 1 durante toda a etapa de vazamento. O molde 1 é além do mais, isolado termicamente da zona de resfriamento B pelas primeira e segunda blindagens térmicas 31 e 32.

[0064] Quando a etapa de vazamento é terminada, ou seja, quando o molde 1 está inteiramente cheio de metal líquido, com a exceção da camada de metal já solidificada e que está em contato com o fundo do molde e depois de uma fase de espera antes da descida do suporte, a fase de solidificação começa.

[0065] O suporte 28 é então deslocado para baixo pelo macaco 29, de maneira que o molde passa pouco a pouco da zona de vazamento A para a zona de resfriamento B (figura 3B). A temperatura desta zona é em seguida regulada a uma temperatura de 700°C ou superior a 700°C, enquanto é inferior à temperatura de fusão do metal de maneira a acarretar a solidificação deste último, a zona de vazamento A sendo sempre mantida a uma temperatura de 1500°C a 1530°C. A parte baixa do molde 1 sendo a primeira a penetrar na zona de resfriamento, o metal líquido começa, pois a se solidificar nesta parte baixa do molde. Cria-se assim uma frente de solidificação, representada simbolicamente por uma linha 12a na figura 3B, correspondente à interface entre as fases líquida e sólida do metal. Esta frente de solidificação 12a se desloca para cima no referencial do molde 1, à medida que este último penetra na zona de resfriamento B, segundo o princípio da solidificação dirigida. Assim, quando o suporte 28 continua sua descida, o molde 1 se encontra finalmente, sobre toda sua altura, na parte inferior B” da zona de resfriamento, de maneira que a totalidade do metal presente no molde 1 está no estado sólido. A fase de solidificação é então terminada. A duração total do processo de resfriamento fica por exemplo compreendida entre 3600 e 7600 segundos, o suporte 28 se deslocando a uma velocidade compreendida entre 1 e 10mm/s.

[0066] As pás 12 obtidas são pás ocas ou maciças e monocristalinas, comportando ligas à base de níquel. Entende-se por liga à base de níquel, ligas cujo teor em massa de níquel é majoritário. Compreende-se que o níquel é, pois, o elemento cujo teor em massa na liga é o mais elevado. Estas pás ocas ou maciças, mais frágeis, podem apresentar defeitos se os gradientes de temperaturas não são controlados no curso do resfriamento e da solidificação. O forno e o processo descritos acima, notadamente a parte removível B’ permite limitar, ou mesmo suprimir, estes riscos regulando a temperatura desta parte a uma temperatura suficientemente elevada (superior ou igual a 700°C), de maneira a minimizar os gradientes térmicas existentes nas pás 12 no sentido da solidificação dirigida, ou seja, quando o molde 1 se situa ao mesmo tempo na zona de vazamento A e na zona de resfriamento B.

[0067] A figura 4 ilustra a evolução da temperatura em um ponto da borda de ataque de uma pá 12, para diferentes temperaturas da parte removível B’, no curso da fase de solidificação (S) e da fase de resfriamento (R). A curva em traços pontilhados representa o caso de referência utilizando um resfriador de cobre, permitindo manter uma zona de resfriamento a uma temperatura de carca de 300°C, a curva em traço fino contínuo representa um caso utilizando o forno quando a parte removível B’ se aquece a 700°C, e a curva em traço negritado contínuo representa um caso onde a parte removível B’ se aquece a 1000°C. As outras curvas representam casos intermediários.

[0068] Ainda que as diferenças entre cada configuração sejam pouco marcantes durante a fase de solidificação, a influência da parte removível é particularmente visível no curso da fase de resfriamento a partir de 700°C. Para esta temperatura, a velocidade de resfriamento, correspondente à inclinação da curva, é de -0,23°C/s, de maneira que a temperatura neste ponto é mais elevada de 57°C do que no caso de referência. Para uma temperatura da parte removível de 1000°C, a velocidade de resfriamento é de -0,18°C/s, de maneira que a temperatura neste ponto é mais elevada de 165°C do que no caso de referência. Estas velocidades de resfriamento mais baixas geram gradientes de temperatura mais baixos e assim tensões igualmente mais baixas na peça metálica no curso do resfriamento.

[0069] Além do mais, a figura 5 ilustra as tensões térmicas no metal de uma pá comparando a utilização de um forno clássico (pás (b) à direita na figura 5) e de um forno de acordo com a presente revelação (pás (a) à esquerda na figura 5). As pás de cima e de baixo representam respectivamente as duas faces principais de uma mesma pá. Na figura 5, para as pás (b) correspondentes ao forno clássico, as zonas 90 indicam as zonas da pá onde as tensões são as mais elevadas. Para as pás (a) correspondentes ao forno de acordo com a presente revelação, as zonas 92 indicam as zonas da pá onde as tensões são as mais elevadas. Constata-se assim que as zonas 92 se estendem sobre uma superfície menor da pá que as zonas 90, de maneira que as tensões são mais baixas nas pás resfriadas pelo forno 20 da presente revelação, que por um forno clássico, mais precisamente, as tensões no metal podem ser reduzidas de cerca de 24%, graças ao forno 20 e ao processo da presente revelação.

[0070] Ainda que a presente invenção tenha sido descrita referindo-se a exemplos de realização específicos, é evidente que modificações e mudanças podem ser efetuadas sobre estes exemplos sem sair do alcance geral da invenção tal como definida pelas reivindicações. Em particular, características individuais dos diferentes modos de realização ilustrados/mencionados podem ser combinadas em modos de realização adicionais. Consequentemente, a descrição e os desenhos devem ser considerados em um sentido ilustrativo e não restritivo. Por exemplo, a zona de resfriamento pode compreender dois dispositivos de aquecimento superpostos um sobre o outro.

[0071] É igualmente evidente que todas as características descritas com referência a um processo são transponíveis, isoladamente ou em combinação, a um dispositivo e inversamente, todas as características descritas com referência a um dispositivo são transponíveis, isoladamente ou em combinação, a um processo.

Claims

1. Forno de resfriamento (20) por solidificação dirigida para peça metálica fundida, caracterizado pelo fato de que compreende: - um recinto interno (26) cilíndrico com um eixo geométrico central vertical (X); e - um suporte de molde (28) disposto no recinto interno (26); o recinto interno (26) comportando: - uma zona de vazamento (A); e - uma zona de resfriamento (B), a zona de vazamento (A) e a zona de resfriamento (B) sendo sobrepostas uma sobre a outra; as zonas de vazamento e de resfriamento sendo isoladas termicamente uma da outra, quando o suporte de molde está disposto na zona de vazamento (A), por uma primeira blindagem térmica (31) fixa e por uma segunda blindagem térmica (32) portada pelo suporte de molde (28), a zona de vazamento (A) comportando pelo menos um primeiro dispositivo de aquecimento e a zona de resfriamento (B) comportando um segundo dispositivo de aquecimento (60), os primeiro e segundo dispositivos de aquecimento sendo configurados para que a temperatura da zona de vazamento (A) seja superior à temperatura da zona de resfriamento (B); e a zona de resfriamento (B) comportando uma parte alta (B ’) e uma parte baixa (B”) sobrepostas uma sobre a outra e isoladas termicamente uma da outra por uma terceira blindagem térmica (33), a parte alta (B’) da zona de resfriamento (B) comportando o segundo dispositivo de aquecimento (60).

2. Forno (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte alta (B’) da zona de resfriamento (B) é removível.

3. Forno (20) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o segundo dispositivo de aquecimento (60) compreende um susceptor de indução (62).

4. Forno (20) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o segundo dispositivo de aquecimento (60) compreende uma resistência elétrica.

5. Forno (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o recinto interno (26) tem um diâmetro superior ou igual a 20 cm, preferivelmente superior ou igual a 50 cm, mais preferivelmente superior ou igual a 80 cm.

6. Forno (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a zona de vazamento (A) comporta uma parte alta (A’) e uma parte baixa (A”) isoladas termicamente uma da outra por uma quarta blindagem térmica (34), a parte alta (A’) comportando um dispositivo de aquecimento alto (40) e a parte baixa (A”) comportando um dispositivo de aquecimento baixo (50).

7. Processo de resfriamento por solidificação dirigida de uma peça metálica de fundição utilizando o forno (20) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - fixação da parte alta (B’) da zona de resfriamento (B) sobre o forno (20), - ajuste da zona de vazamento (A) a uma temperatura de vazamento e da zona de resfriamento (B) a uma temperatura de resfriamento, a temperatura da parte alta (B ’) da zona de resfriamento (B) sendo superior ou igual a 700°C, - resfriamento progressivo da peça metálica por deslocamento do suporte de molde (28) no interior do forno (20) da zona de vazamento (A) para a zona de resfriamento (B).

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a diferença de temperatura entre a zona de vazamento (A) e o metal líquido fica compreendida entre 0°C e 50°C, a temperatura da zona de vazamento (A) sendo inferior à temperatura do metal líquido.

9. Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a temperatura da parte alta (B’) da zona de resfriamento (B) é superior ou igual a 700°C, preferivelmente superior ou igual a 800°C, mais preferivelmente superior ou igual a 900°C.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que, no curso do resfriamento da peça metálica, a velocidade de resfriamento em um ponto dado da peça metálica é inferior a - 0,30°C/s, preferivelmente inferior ou igual a -0,25°C/s, e superior a - 0,10°C/s, preferivelmente superior ou igual a -0,15°C/s.