EP4351817A1

EP4351817A1 - Procédé de production de disques de turbomachines

Info

Publication number: EP4351817A1
Application number: EP22735019.6A
Authority: EP
Inventors: Jérome DELFOSSE; Jean-Michel Patrick Maurice Franchet
Original assignee: Aubert and Duval SA; Safran SA
Current assignee: Aubert and Duval SA; Safran SA
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2024-04-17
Also published as: CN117615867A; US20240269743A1; WO2022258932A1; FR3123817B1; CA3220785A1; FR3123817A1

Abstract

Le présent exposé concerne un procédé de fabrication de disques pour turbomachine, le procédé comprenant : l'obtention d'une poudre d'alliage à base nickel; la mise en forme de la poudre pour obtenir un disque; caractérisé en ce que l'obtention d'une poudre comprend : l'atomisation d'un alliage à base nickel par atomisation par gaz par fusion induite d'électrode, EIGA, à partir d'une électrode en alliage à base nickel, aboutissant à une poudre brute; et le tamisage sous atmosphère inerte ou sous vide de la poudre brute à une coupe granulométrique comprise entre 150 µm et 50 µm, par exemple 125 µm ou 75 µm, aboutissant à la poudre d'alliage à base nickel.

Description

DESCRIPTION

TITRE : Procédé de production de disques de turbomachines

Domaine technique de l’invention

La présente invention concerne le domaine technique des disques de turbomachines. La présente invention concerne plus particulièrement le domaine des procédés de production de disques de turbomachines.

Etat de la technique antérieure

Les disques de turbomachines sont des pièces circulaires axisymétriques. Ces disques sont soumis à de grandes vitesses de rotation et de fortes charges centrifuges. Pour des raisons de performance, les disques les plus contraints des turboréacteurs et qui sont soumis aux températures les plus chaudes sont faits en alliage à base nickel. Ces alliages ont d’abord été utilisés dans la fabrication de moteurs militaires, puis également de moteurs civils de dernière génération, notamment les moteurs de forte puissance.

Aujourd’hui, le procédé de production de ce type de disques de turbomachines est le suivant :

- atomisation d’un alliage suivant un procédé d’atomisation par gaz avec fusion sous vide par induction (ou encore VIGA pour l’anglais Vacuum Induction melting Gas Atomization) pour obtenir une poudre brute ;

- tamisage de la poudre brute par une coupe granulométrique, généralement < 53 pm, et sous vide ou atmosphère neutre pour obtenir une poudre calibrée ;

- densification de la poudre calibrée en un lopin de forgeage comprenant la compaction isostatique à chaud et le filage sous forme de billette dans laquelle seront découpés les lopins de forgeage ;

- forgeage isotherme du lopin de forgeage et traitement thermique du lopin forgé ; et

- usinage du lopin forgé pour obtenir un disque.

Comme décrit dans CN 102 615284, il est possible de produire ce type de disques de turbomachines à partir d'une poudre obtenue par atomisation plasma.

La VIGA est illustrée par les figures 1 A et 1 B. La figure 1A montre une tour d’atomisation TA présentant une forme générale cylindrique sur la majeure partie de sa longueur et deux extrémités tronconiques : une extrémité d’entrée en position haute et une extrémité de sortie en position basse. La tour d’atomisation TA comprend également des sorties de gaz SG en partie haute pour l’évacuation de gaz et des entrées de gaz secondaire EGs en partie basse pour l’injection de gaz secondaire. La tour d’atomisation TA est refroidie à l’eau grâce à un circuit de refroidissement disposé autour. La tour d’atomisation TA comprend en outre un creuset Cr (sur la figure 1B) au niveau de son extrémité d’entrée pour la réception de matière première donnant l’alliage. L’alliage est chauffé jusqu’à fusion pour donner un alliage en fusion AF. Le creuset Cr présente sur une face inférieure un entonnoir de coulée T (en anglais tundish) prolongé par une buse B par où l’alliage en fusion AF s’écoule par gravité. Sous le creuset Cr figure un injecteur IG de gaz inerte. L’injecteur IG comprend une couronne d’injection Cl prolongée par une couronne de convergence Cv. La couronne de convergence Cv guide le gaz vers le filet d’alliage en fusion AF qui s’écoule à travers la buse B et fragmente celui-ci en particules d’alliage en fusion Pf qui en se refroidissant forment les particules solides Ps sphériques de la poudre brute obtenue. Les particules solides Ps tombent par gravité le long de la tour d’atomisation TA et sont collectées à la sortie de celle- ci.

Les disques obtenus par ce procédé présentent des inclusions céramiques. Ces inclusions céramiques sont des sites d’amorçages de rupture dans la matière. La proportion d’inclusions céramiques dans le disque final est relativement faible et pour la plupart des propriétés mécaniques, la présence d’une inclusion céramique, notamment de moins de 53 pm au milieu d’une structure métallique homogène très résistante, n’a pas d’impact conséquent. C’est le cas par exemple pour les propriétés mécaniques en traction, au fluage et en ce qui concerne la propagation de fissure.

En revanche, la présence de ces inclusions céramiques, même très rare, a un fort impact sur les propriétés en fatigue et notamment en fatigue oligocyclique (ou la LCF pour l’anglais Low Cycle Fatigue). La figure 2 représente la durée de vie DDV en LCF de disques en fonction de la charge appliquée s lors de l’essai. La courbe en trait plein représente la moyenne et la courbe en trait pointillé correspond à la durée de vie la plus faible observée.

Il a été observé que la courbe minimale en pointillés correspond à la présence d’inclusions céramiques à la surface des disques S et que la courbe moyenne en trait plein correspond à la présence d’inclusions céramiques en sous-surface SS. Enfin, il a été également observé que la présence d’inclusions céramiques au cœur de la matière du disque C correspond à une courbe LCF proche de la courbe moyenne.

Les inclusions céramiques proviennent de l’étape de la fabrication de la poudre brute et notamment de la VIGA. En effet, dans la VIGA, le creuset Cr, l’entonnoir de coulée T et la buse B sont en céramique. L’alliage en fusion AF est en contact plus ou moins prolongé avec le matériau du creuset Cr, celui de l’entonnoir de coulée T et celui de la buse B, interagit avec ceux-ci et en arrache par érosion des particules céramiques. Ces particules céramiques se retrouvent dans la poudre brute. La composition des particules céramiques comprend par exemple majoritairement de l’aluminium, du magnésium, du calcium, du phosphore, du silicium et de l’oxygène, notamment sous forme de céramiques types AI₂O₃- CaO ou AhOs-MgO.

En fonction de leur taille et de leur forme, les particules de céramiques peuvent passer au travers du tamis et se retrouver dans la pièce finale. Lorsque ces particules céramiques se retrouvent dans la poudre finale mise en forme, étant en un matériau réfractaire, elles sont peu impactées par les opérations à chaud de compaction, filage, forgeage et traitement thermique lors de la fabrication de disques. Elles se retrouvent donc dans la pièce finie et impactent les propriétés mécaniques de celles-ci. Ainsi, il est important de s’assurer qu’il n’y a pas de telles particules dans les disques mis en opération.

Des contrôles ultrasons permettent d’identifier dans les billettes, les inclusions les plus grosses, notamment celles dont la plus grande dimension dépasse 200pm et dont le rapport longueur / largeur est important, de l’ordre de 4 à 5, qui leur permet de traverser le tamis utilisé. Si une telle particule est identifiée, le tronçon de la billette concerné est éliminé.

Un contrôle ultrason est également réalisé sur la pièce après forgeage et traitement thermique pour détecter la présence des inclusions qui ont conduit à des amorçages de criques (c’est-à-dire fissures) lors du forgeage. La présence de ces inclusions entraîne le rebut de la pièce.

Par ailleurs, pour ce type de matériau présentant des inclusions céramiques, les courbes de dimensionnement minimales utilisées pour le dimensionnement des pièces doivent prendre en compte ce point.

En outre, la présence d’inclusions céramiques peu nombreuses mais aléatoirement réparties dans la pièce finie, nécessite une approche de dimensionnement différente de l’approche utilisée pour une pièce métallique classique, c’est-à-dire avec une structure homogène : il faut utiliser une approche probabiliste.

En effet, pour un matériau métallique classique, le dimensionnement est réalisé à l’aide de courbes de dimensionnement établies à partir d’essais sur éprouvettes prélevées sur des pièces finies. La microstructure, qui est homogène, est globalement équivalente d’une éprouvette à l’autre. Ainsi, l’éprouvette prélevée est représentative de la structure de toute la pièce.

Pour les alliages élaborés par VIGA, les résultats sur éprouvettes (donc les courbes de dimensionnement) ne sont représentatifs que des zones de la pièce ayant un volume test équivalent à celui des éprouvettes à cause de la présence d’inclusions céramiques aléatoirement réparties dans la pièce finie. C’est pour cette raison, que pour ces alliages, les essais de fatigue sont réalisés sur des éprouvettes de plus grande dimension, par exemple des éprouvettes ayant un volume utile de l’ordre de 5 à 10 fois supérieure à celui des éprouvettes de fatigue classiquement utilisées.

Cependant, dans les pièces réelles, certaines zones sont relativement massives et concernent donc des volumes significativement plus importants que celui des éprouvettes, même les plus grosses utilisées. Ces zones de pièce ne sont donc pas couvertes par ce réseau de dimensionnement sur grosses éprouvettes, il est nécessaire de requérir à une technique de dimensionnement probabiliste complexe. Cette technique prend en compte la massivité de la zone considérée, la courbe de propreté de l’alliage (c’est-à-dire dans le cas des alliages élaborés par VIGA, le nombre de particules céramiques par kilogramme), la taille du défaut critique représenté par une inclusion céramique et la probabilité de présence du défaut critique. Plus concrètement, à partir de la durée de vie souhaitée, des informations relatives à la présence de fissures dans les pièces finies et des mesures réalisées sur éprouvettes de fatigue, la taille du défaut critique est déterminée pour chaque zone caractéristique du disque. La taille du défaut critique et la courbe de propreté du matériau permettent de calculer la probabilité de présence du défaut critique pour in fine déterminer les dimensionnements minimaux de la pièce.

Suivant cette méthode de fabrication, le seul paramètre sur lequel le fabricant peut jouer pour optimiser la durée de vie en fatigue de tels alliages est la taille des inclusions céramiques. Ainsi dans les années 2000, le tamisage avec une coupe granulométrique

< 53pm a remplacé le tamisage classique de l’époque qui utilisait une coupe granulométrique < 75pm. La durée de vie des pièces a été allongée avec un gain d’un facteur 3 comme le montre la figure 3 qui est un graphe montrant la durée de vie (DDV) en fonction de la contrainte appliquée (o) pour deux coupes granulométriques : < 53 pm et

< 75 pm. La courbe moyenne et la courbe minimale sont données pour les deux coupes granulométriques.

Ainsi, dans le procédé actuellement utilisé pour la fabrication de disques, l’étape de tamisage est importante car elle permet de réduire la quantité et la taille de particules céramiques dans la poudre qui sera mise en forme et au final, cela permet d’augmenter la durée de vie. Par ailleurs, une coupe granulométrique < 53 pm conduit à une occurrence de particules de céramique comprise entre 5 et 40 particules par kilogramme de poudre.

Cependant, l’utilisation d’une coupe granulométrique si basse conduit également au rebut d’une quantité substantielle de la poudre produite par VIGA (entre 30 et 50 % en poids). Présentation de l’invention

Un objectif de la présente invention est de pallier au moins un désavantage de la technique antérieure décrite ci-dessus. Notamment, un objectif de la présente invention est d’améliorer la durée de vie des disques de turbomachine exposés aux plus hautes températures.

Pour cela, la présente invention propose un procédé de fabrication de disques pour turbomachine. Le procédé comprend :

- l’obtention d’une poudre d’alliage à base nickel ;

- la mise en forme de la poudre pour obtenir un disque ; caractérisé en ce que l’obtention d’une poudre comprend :

- la fabrication d'une électrode en alliage à base nickel par raffinage à creuset froid par refusion par arc plasma, PAM-CHR,

- l’atomisation d’un alliage à base nickel par atomisation par gaz par fusion induite d’électrode, EIGA, à partir de l'électrode en alliage à base nickel, aboutissant à une poudre brute ; et

- le tamisage sous atmosphère neutre ou sous vide de la poudre brute à une coupe granulométrique comprise entre 150 pm et 50 pm, par exemple 125 pm ou 75 pm, aboutissant à la poudre d’alliage à base nickel.

CN 110 586 948 et US 2020/131604 décrivent un procédé de fabrication de disques pour turbomachine à partir d'une poudre obtenue par EIGA.

Les inventeurs ont cependant remarqué que l'obtention de la poudre d’alliage à base nickel par EIGA n'était pas suffisante pour éliminer la présence des inclusions céramiques dans cette poudre. En effet, comme enseigné dans "Innovative technologie for powder metallurgy-based disk superalloys: Progress and proposai' Chin. Phys. B, vol.25, No.2 (2016), l'ElGA peut prévenir, mais donc n'élimine pas, la présence des inclusions céramiques dans cette poudre.

Or comme indiqué ci-dessus, la présence de ces inclusions céramiques, même très rare, a un fort impact sur les propriétés en fatigue.

De façon avantageuse, la combinaison de la fabrication de l'électrode en alliage à base nickel par PAM-CHR et de l’atomisation de l'alliage à base nickel par EIGA permet d'éliminer la présence des inclusions céramiques dans la poudre d'alliage à base nickel obtenue. D’autres caractéristiques optionnelles et non limitatives sont les suivantes.

Au cours du raffinage à creuset froid par refusion par arc plasma, l'alliage à base nickel peut être fondu dans un creuset en cuivre refroidi à l'eau avant d'être fondu dans un creuset anneau mouleur en cuivre.

L’ElGA peut comprendre :

- la disposition de l’électrode présentant un axe longitudinal, de sorte que l’axe longitudinal de l’électrode soit vertical ;

- le chauffage sans contact de l’extrémité la plus basse de l’électrode aboutissant à un filet d’alliage en fusion s’écoulant par gravitation à travers une buse ; et

- l’injection, à la sortie de la buse, d’un gaz inerte dirigé vers le filet d’alliage en fusion et autour de celui-ci aboutissant à la pulvérisation du filet d’alliage.

Le gaz inerte peut être de l’argon.

Le tamisage peut être réalisé avec une coupe granulométrique comprise entre 140 pm et 60 pm ou entre 130 pm et 70 pm.

La mise en forme peut comprendre :

- la densification à chaud de la poudre en un lopin de forgeage ;

- la fabrication du disque par forgeage isotherme, traitement thermique et usinage du lopin. La densification peut comprendre :

- la mise en conteneur sous vide de la poudre dans un conteneur hermétiquement fermé ; - la compaction à chaud du conteneur ;

- le filage du conteneur compacté aboutissant à une barre cylindrique présentant une couche extérieure dans le matériau du conteneur et un cœur cylindrique en alliage à base nickel ; et

- l’élimination de la couche extérieure ;

- découpage du cœur cylindrique en lopin de forgeage.

Brève description des figures

[Fig. 1 A] est un schéma d’une tour d’atomisation VIGA.

[Fig. 1 B] est un agrandissement au niveau du creuset de la tour d’atomisation VIGA de la figure 1A.

[Fig. 2] est un graphe présentant la durée de vie (DDV) d’une éprouvette en un alliage à base nickel élaboré à partir d’une poudre obtenue par VIGA en fonction de la contrainte appliquée (o) lors des essais. La courbe LCF moyenne et la courbe LCF minimale sont données.

[Fig. 3] est un graphe un graphe présentant la durée de vie (DDV) d’une éprouvette en un alliage à base nickel élaboré à partir d’une poudre obtenue par VIGA avec tamisage en fonction de la contrainte appliquée (o) lors des essais. La courbe LCF moyenne et la courbe LCF minimale sont données pour deux coupes granulométriques utilisées, < 53 pm et < 75 pm.

[Fig. 4] est un graphe représentant schématiquement un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon l’invention.

[Fig. 5] est un schéma d’une tour d’atomisation par EIGA au niveau d’une partie supérieure où une électrode est fondue, avant fusion de l’électrode.

[Fig. 6] est le même schéma que la figure 5 pendant la fusion de l’électrode.

[Fig. 7] est un graphe représentant schématiquement les étapes d’obtention de la poudre selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon l’invention. [Fig. 8] est un graphe représentant schématiquement les étapes d’atomisation d’un alliage à base nickel selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon l’invention.

[Fig. 9] est un graphe représentant schématiquement les étapes de mise en forme de la poudre selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon l’invention.

[Fig. 10] est un graphe représentant schématiquement les étapes de densification de la poudre selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon l’invention.

[Fig. 11] est un graphe représentant schématiquement les étapes de fabrication d’un disque à partir d’un lopin de forgeage selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon l’invention. Description détaillée de l’invention

Un procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon l’invention est décrit ci-après en référence aux figures 4 à 11.

Un tel procédé comprend l’obtention S100 d’une poudre d’alliage à base nickel et la mise en forme S200 de la poudre pour obtenir un disque (figure 4).

L’obtention S100 de la poudre comprend l’atomisation S120 d’un alliage à base nickel par atomisation par gaz avec fusion par induction d’électrode (aussi appelée EIGA pour l’anglais Electrode Induction melting Gas Atomization) et le tamisage S130 sous vide ou sous atmosphère neutre de la poudre brute à une coupe granulométrique comprise entre 150 pm et 50 pm (figures 4 et 7). L’atmosphère neutre peut être une atmosphère d’argon.

L’EIGA (figure 8) est réalisée à partir d’une électrode 2 en alliage à base nickel et présentant un axe longitudinal. L’EIGA aboutit à une poudre brute. L’atomisation S120 peut comprendre la disposition S121 de l’électrode 2 de sorte que l’axe longitudinal de l’électrode soit vertical, le chauffage sans contact S122 de l’extrémité la plus basse de l’électrode 2 aboutissant à un filet d’alliage en fusion s’écoulant par gravitation à travers une buse et l’injection S123, à la sortie de la buse, d’un gaz inerte dirigé vers le filet d’alliage en fusion et autour de celui-ci aboutissant à la pulvérisation du filet d’alliage. Ainsi, il n’y a pas de contact entre l’électrode et un autre élément lors du chauffage.

Le chauffage sans contact S122 peut être réalisé par induction. Le chauffage S122 est réalisé jusqu’à fusion du matériau de l’électrode et qu’un filet d’alliage en fusion s’écoule de l’extrémité basse de l’électrode.

L’injection S123 du gaz inerte en direction du filet d’alliage en fusion coupe le filet d’alliage en fusion en particules d’alliage en fusion Pf. Le gaz inerte injecté peut être de l’argon. L’atomisation S120 peut comprendre le refroidissement S124 des particules d’alliage en fusion Pf pour obtenir des particules solides Ps. Le refroidissement S124 peut être réalisé de manière passive, c’est-à-dire avec le contact des particules d’alliage en fusion Pf avec l’atmosphère environnant, les particules d’alliage en fusion Pf échangeant de la chaleur avec cette atmosphère. Le refroidissement S124 peut également être actif, par exemple avec l’injection d’un gaz inerte dont la température est inférieure à la température de fusion de l’alliage. Le refroidissement S124 actif peut également être réalisé par refroidissement de la tour d’atomisation dans lequel les particules sont fabriquées, par exemple par l’utilisation d’un circuit de refroidissement entourant la tour d’atomisation.

La figure 5 montre la partie supérieure d’une tour d’atomisation par EIGA. Le reste de la tour (partie basse) est semblable à la tour d’atomisation par VIGA de la figure 1A. Ainsi, cette partie basse de sera pas décrite plus en détail ici.

L’EIGA nécessite une électrode 2 de l’alliage à base nickel souhaité, un chauffage sans contact, par exemple un chauffage par induction 3, et un injecteur 4 de gaz inerte. Le chauffage sans contact comprend un espace de réception de l’extrémité basse de l’électrode 2. Dans le cas d’un chauffage par induction 3, celui-ci comprend des spires autour d’un espace de réception. L’injecteur4 comprend un orifice central 41 faisant office de buse avec une entrée en partie haute et une sortie en partie basse. L’injecteur 4 comprend également une couronne d’injection 42 et une couronne de convergence 43 pour amener le gaz en direction de la sortie de l’injecteur 4. Par ailleurs, l’injecteur 4 peut être configuré pour générer un écoulement tourbillonnaire du gaz inerte. Lors du chauffage sans contact, l’extrémité basse de l’électrode 2 est chauffée par induction par les spires du moyen de chauffe par induction 3 jusqu’à fusion du matériau de l’électrode 2. A partir de ce moment-là (voir figure 6), un filet d’alliage en fusion s’écoule à travers l’orifice 41 de l’injecteur 4. Du gaz inerte est injecté par la couronne d’injection 42 et redirigé vers la sortie par la couronne de convergence 43. Le jet de gaz inerte coupe le filet d’alliage en fusion et le pulvérise formant des particules en fusion Pf qui se solidifient en particules solides Ps en tombant. Il convient de remarquer encore une fois que l’extrémité basse de l’électrode 2 est chauffée sans contact avec un autre élément et que le filet d’alliage en fusion s’écoule à travers l’orifice 41 de l’injecteur 4 également sans contact avec les parois de l’orifice 41. Ainsi, contrairement à la VIGA, il n’y a pas de risque d’arrachement de particules céramiques avec l’ElGA.

Le remplacement de la VIGA par l’ElGA n’est pas un choix évident. En effet, la VIGA permet un contrôle très précis de la température à laquelle l’alliage est chauffé et permet notamment de surchauffer cet alliage car celui-ci est contenu lors du chauffage dans un creuset. La surchauffe de l’alliage a pour avantage de permettre la production de poudres plus fines par rapport à une température de chauffe à la température de fusion. Cette surchauffe n’est pas aussi facilement contrôlable avec l’ElGA car l’alliage coule sous la forme d’un filet dès qu’il atteint sa température de fusion. Par ailleurs, la VIGA permet le contrôle de l’épaisseur du filet qui s’écoule du creuset en contrôlant l’ouverture de la buse du creuset. Ce contrôle n’est pas possible pour l’ElGA.

Egalement, l’ElGA utilise une électrode qui doit être fabriquée. Cela ajoute alors une étape supplémentaire dans la fabrication de la poudre, là où la VIGA permet de simplement collecter les ingrédients dans le creuset avant chauffage.

L’électrode utilisée dans l’ElGA est fabriquée par le raffinage à creuset froid par refusion par arc plasma (aussi connue sous les dénominations de "fusion par arc à plasma avec affinage en creuset froid" ou "fusion par plasma d’arc avec affinage en creuset froid" par l'homme du métier et sous l’acronyme anglais PAM-CHR pour Plasma Arc Melting Cold Hearth Refining). La fusion en creuset froid peut être réalisée dans un four de raffinage à creuset froid par refusion par arc plasma (aussi connue sous l’acronyme anglais PAM-CHR pour Plasma Arc Melting Cold Hearth Refining). Dans un tel four, le métal est tout d’abord fondu dans un creuset en cuivre refroidi à l’eau avant d’être coulé dans un anneau mouleur en cuivre. Le cuivre n’est pas réactif avec les alliages à base nickel ; ce qui élimine toute contamination de l’électrode par des inclusions céramiques.

Ainsi, l’obtention S100 de la poudre comprend la fabrication S110 d’une électrode 2 telle que décrite ci-dessus (figure 7).

La coupe granulométrique peut encore être comprise entre 140 pm et 60 pm ou encore entre 130 pm et 70 pm, par exemple 125 pm, 75 pm ou 53 pm. Le tamisage S130 aboutit à la poudre d’alliage à base nickel qui sera utilisée pour la mise en forme S200.

L’utilisation d’une coupe granulométrique de < 53 pm dans la VIGA est due à la volonté d’améliorer les propriétés mécaniques des pièces fabriquées qui étaient diminuées par la présence d’inclusions céramiques dans la matière. Les présents auteurs en cherchant une solution pour améliorer encore plus les propriétés mécaniques ont identifié la combinaison de la PAM-CHR et l’ElGA comme solution pour fabriquer la poudre d’alliage à base nickel avec un taux de contamination par des inclusions céramiques fortement diminué par rapport à la VIGA, voire inexistant. Ils ont ensuite eu l’idée de relever la coupe granulométrique, notamment jusqu’à 75 pm voire 125 pm ou même 150 pm. L’utilisation d’une coupe granulométrique plus élevée entraine un gain sur le rendement de l’atomisation ; en effet, moins de poudre brute a besoin d’être mise au rebut, ou autrement formulé, une portion plus importante de poudre brute peut être utilisée pour la fabrication des disques.

Un autre avantage indirect concerne la taille des grains des pièces finies. Or, il est bien connu que les propriétés de fluage augmentent avec la taille de grains. L’alliage à base nickel lors de la fabrication des disques est traité à des températures supérieures au solvus g’. A ces températures, les grains g’ primaires, dont le rôle est de bloquer les joints de grains, sont dissous et les grains grossissent. Toutefois, dans le cas des poudres, le grossissement du grain reste limité à la taille des particules de la poudre initiale. En fait, les grains se trouvent bloqués dans leur croissance par les limites antérieures des particules (aussi connues par PPB pour l’anglais Prior Particle Boundaries) qui sont de fines couches d’oxydes à la surface des particules de poudre et qui vont contenir la taille de grain à la taille initiale des particules de poudre.

En augmentant la coupe granulométrique, on augmente la taille des particules de poudre ce qui permet l’augmentation de la taille des grains dans la pièce finie améliorant les propriétés de fluage de celle-ci.

L’absence d’inclusions céramiques permet également d’abandonner l’approche probabiliste pour le dimensionnement des pièces et de revenir sur une approche classique dans laquelle l’éprouvette prélevée est représentative du matériau de l’ensemble de la pièce.

La mise en forme S200 peut comprendre la densification S210 à chaud de la poudre tamisée en un lopin de forgeage et la fabrication du disque S220 du disque (figure 9). La densification S210 peut comprendre la mise en conteneur S211 sous vide de la poudre tamisée dans un conteneur hermétiquement fermé, la compaction à chaud S212 du conteneur, le filage S213 du conteneur compacté aboutissant à une barre cylindrique présentant une couche extérieure dans le matériau du conteneur et un cœur cylindrique en alliage à base nickel, l’élimination S214 de la couche extérieure par exemple par usinage, et le découpage S215 du cœur cylindrique en lopins de forgeage (figure 10).

La fabrication S220 du disque peut comprendre le forgeage isotherme du lopin S221, le traitement thermique S222 et l’usinage S223 du disque (figure 11). Le forgeage isotherme peut comprendre la transformation du lopin cylindrique en un disque, de forme plus ou moins complexe, à l’aide de matrices ; le lopin cylindrique et les matrices étant à la même température. Le forgeage isotherme, en ce qui concerne les alliages à base nickel, permet d’éviter que des criques de surface qui se forment lors du contact du lopin cylindrique avec des matrices plus froides.

Le traitement thermique peut comprendre la mise en solution à haute température suivi d’un refroidissement contrôlé et d’un traitement de revenu à plus basse température pour un temps plus long. Ces traitements permettent, par une combinaison de la température, du temps et des vitesses de refroidissement de piloter la microstructure en terme de taille de grain et de taille et répartition de la phase durcissante y’ afin d’obtenir les propriétés mécaniques requises. L’usinage confère à la pièce sa géométrie finale conformément au plan.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication de disques pour turbomachine, le procédé comprenant :

- l’obtention d’une poudre d’alliage à base nickel ;

- le tamisage sous atmosphère inerte ou sous vide de la poudre brute à une coupe granulométrique comprise entre 150 pm et 50 pm, par exemple 125 pm ou 75 pm, aboutissant à la poudre d’alliage à base nickel.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au cours du raffinage à creuset froid par refusion par arc plasma, l'alliage à base nickel est fondu dans un creuset en cuivre refroidi à l'eau avant d'être fondu dans un creuset anneau mouleur en cuivre.

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l’ElGA comprend :

4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le gaz inerte est l’argon.

5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le tamisage est réalisé avec une coupe granulométrique comprise entre 140 pm et 60 pm ou entre 130 pm et 70 pm.

6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la mise en forme comprend :

- la densification à chaud de la poudre en un lopin de forgeage ;

- la fabrication du disque par forgeage isotherme, traitement thermique et usinage du lopin.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la densification comprend :

- la mise en conteneur sous vide de la poudre dans un conteneur hermétiquement fermé ;

- la compaction à chaud du conteneur ;

- le filage du conteneur compacté aboutissant à une barre cylindrique présentant une couche extérieure dans le matériau du conteneur et un cœur cylindrique en alliage à base nickel ; et - l’élimination de la couche extérieure ;

- découpage du cœur cylindrique en lopin de forgeage.