EP4622754A1 - Procédé de formation d'une pièce par insertion d'un alliage métallique à l'état solide dans une grappe - Google Patents

Procédé de formation d'une pièce par insertion d'un alliage métallique à l'état solide dans une grappe

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Publication number
EP4622754A1
EP4622754A1 EP23822435.6A EP23822435A EP4622754A1 EP 4622754 A1 EP4622754 A1 EP 4622754A1 EP 23822435 A EP23822435 A EP 23822435A EP 4622754 A1 EP4622754 A1 EP 4622754A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal alloy
cluster
molds
bucket
alloy
Prior art date
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Pending
Application number
EP23822435.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Aboubakry AGNE
Julio-Alejandro AGUILAR ORTIZ
Ngadia Taha NIANE
Heni HACHANI
Ming LONG
Rijwan BHUIYAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran SA
Original Assignee
Safran SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of EP4622754A1 publication Critical patent/EP4622754A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/16—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/06—Melting-down metal, e.g. metal particles, in the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings

Definitions

  • the known methods of forming parts by lost wax casting methods include a pour in which a metal alloy in the liquid state is poured into the crucible of a ceramic cluster. This step typically takes place in an oven. The metal alloy then fills one or more molds included in the cluster. The assembly is then cooled to solidify the metal alloy, thus forming a casting part.
  • the pouring under vacuum it is preferable to carry out the pouring under vacuum to avoid any parasitic reaction, for example oxidation of the metal alloy in the liquid state.
  • the pour is optimized independently for each metal alloy, since each metal alloy has different properties (melting temperature, viscosity, density, etc.). We then understand that lodging is an important issue for the person in the trade. For example, the pouring conditions influence the scrap rate of the part to be formed.
  • the present presentation relates to a method of forming castings in a cluster, the cluster comprising a plurality of molds formed by a lost wax method, each mold of the plurality of molds having a top, an intermediate part and a bottom, a bucket capable of receiving liquid metal, a crown connecting the bucket to each top of each mold of the plurality of molds, a descender connected to the bucket, a plurality of grain selectors each connected to a bottom of a mold of the plurality of molds, the method comprising, the insertion of a first metal alloy in the solid state in the cluster, the liquefaction of the first alloy inserted in the cluster, the directed solidification of the first alloy thus liquefied.
  • Such a process is therefore safer for the operator. Furthermore, handling a metal alloy in the solid state is simpler than handling a metal alloy in the liquid state, therefore the present process is simpler to implement. Furthermore, avoiding pouring makes it possible to circumvent the risk of pollution of the liquid metal alloy during said pouring. In addition, this makes it possible to reduce the forces applied by the liquid metal on the cluster and/or other components.
  • the cluster further comprises a set of main channels, each channel of the set of main channels connecting the descendant to a grain selector.
  • the cluster allows the plurality of molds to be filled from their bottom.
  • a liquid metal alloy can flow from the descender to the mold.
  • cylindrical is understood in the mathematical sense of the term.
  • a cylinder is defined as the volume obtained by the translation of a closed contour along an axis.
  • the closed outline can be a circle or a square.
  • a clearance is provided between the solid metal alloy inserted in the cluster and the cluster.
  • the method further comprises a prior step of assembling the cluster in which the plurality of molds, the bucket, the crown, the descender and the plurality of grain selectors are assembled together; and in which the first metal alloy in the solid state is inserted into the cluster during the preliminary assembly step.
  • the first metal alloy is inserted into the descendant.
  • the first metal alloy is inserted into the crown.
  • the insertion of the metal alloy in the solid state during the assembly step simplifies the integration of the first metal alloy into the cluster. This therefore represents a saving of time for the operator.
  • the insertion of the first metal alloy in the crown or in the descendant is particularly advantageous from this point of view.
  • the cluster further comprises a plurality of sets of secondary channels, each channel of each set of secondary channels connecting the descender and the intermediate part of a mold, a plurality of plugs delimiting a plurality of pouring paths, and in which a plurality of metal alloys in the solid state are inserted into the plurality of pouring paths, the method comprising successively, for each metal alloy of the plurality of metal alloys, the selective liquefaction of the metal alloy followed by the casting of this metal alloy in one of the sets of secondary channels to the plurality of molds, then the solidification, optionally directed, of this liquefied metal alloy.
  • this configuration it is possible to obtain multi-material parts without having to resort to pouring.
  • this method includes all the advantages previously cited, linked to the insertion of metallic alloys in the state solid in the cluster. This configuration is particularly advantageous for forming multi-material turbomachine blades.
  • a “multi-material” part is a part comprising at least two parts made from two different materials.
  • a blade comprising two parts made from two different metal alloys is considered a “multi-material” part.
  • junction zone between the different materials.
  • controlling the size, position and solidification of the junction zone are concerns of interest for those skilled in the art seeking to manufacture multi-material blades.
  • the cluster comprises an upper plug placed at the junction between the bucket and the descender, and in which the method comprises: pouring a terminal metal alloy in the liquid state into the bucket, so that the terminal metal alloy flows into each mold of the plurality of molds through the crown, and solidifying the terminal metal alloy.
  • this configuration therefore makes it possible to obtain a multi-material part by pouring the terminal metal alloy.
  • this configuration represents an alternative and/or a complement for obtaining multi-material parts.
  • the cluster comprises a container, the container comprising a heating system; and the method further comprising inserting the terminal metal alloy in a solid state into the container, and liquefying the terminal metal alloy by the heating system.
  • the container is attached to the bucket. [0033]
  • This configuration makes it possible to obtain a multi-material part while avoiding the disadvantages linked to pouring, while retaining the advantages linked to the use of the bucket. Furthermore, according to this embodiment, the casting of the terminal metal alloy is faster than the pouring of this alloy, according to known methods.
  • the container comprises a metal membrane at the junction between the container and the bucket.
  • the heating system imposes a temperature gradient of between 10°C and 50°C, preferably 50°C in the container.
  • the heating system imposes a temperature gradient of between 10°C and 30°C.
  • this gradient makes it possible to control the melting of the terminal metal alloy, and in particular, to gradually liquefy it. This improves the reliability of casting the terminal metal alloy in the plurality of molds of the cluster.
  • the present presentation also concerns a turbomachine blade obtained by a process according to one of the preceding embodiments.
  • the blade comprises at least two parts made of two different metal alloys, and a junction zone between these two parts.
  • the crown 102 connects the bucket 101 to each top 103a of each mold of the plurality of molds 103, and each grain selector of the plurality of grain selectors 104 is connected to a bottom 103c of a mold of the plurality of molds 103.
  • the plurality of molds 103 can comprise a plurality of cores, in order to obtain, for example, hollow blades.
  • Figure 2 represents the cluster 100 of the first embodiment arranged in a Birdgman oven 50.
  • the oven 50 includes a hot zone 51 and a cold zone 52. Initially, the cluster 100 is placed at the hot zone 51 of the oven 50.
  • the first metal alloy 10 liquefies.
  • the volume of the liquefied metal alloy 10 is calculated according to the following formula.
  • V s the volume of the metal alloy in the solid state
  • p s the density of the metal alloy in the solid state
  • p L the density of the metal alloy in the liquid state.
  • the density ratio is of the order of 1.14.
  • the volume of the plurality of molds 103 to fill it is possible to deduce the quantity, or volume, of metal alloy 10 to be provided to fill the plurality of molds 103.
  • the inventors have noted that it is necessary to provide a volume of solid metal alloy slightly additional to the volume necessary for filling the plurality of molds 103, to compensate for a residual volume lost during the solidification of the metal alloy, linked to the contraction of the metal alloy during said solidification.
  • the first molten metal alloy 10 passes through the set of channels 105 to fill the plurality of molds 103 through their bottom 103c. For example, this filling can be carried out simply by gravity and/or capillarity. When a liquid metal takes such a path, we speak of casting the source metal alloy.
  • the first metal alloy 10 partially fills the plurality of molds 103.
  • the first metal alloy 10 can completely fill the plurality of molds 10, provided that the adequate volume.
  • the cluster is transferred (for example by gravity descent of the cluster or under the action of organs actuation such as cylinders) towards the cold zone 52 of the mold so that the first liquid metal alloy 10 is in the cold zone 52 of the oven 50.
  • organs actuation such as cylinders
  • the first metal alloy 10 crystallizes in the plurality of molds 103.
  • the solidification of the first metal alloy 10 is controlled.
  • the first metal alloy 10 crystallizes in the plurality of molds 103 in a plurality of single-crystal alloys.
  • a terminal metal alloy 20 (Fig. 5), different from the first metal alloy 10, is poured in the liquid state into the bucket 101. Thanks to the upper plug 107, the casting of the terminal metal alloy 20 is falling.
  • Figure 7 represents a cluster 100 according to a second embodiment, compatible with the first embodiment.
  • the cluster 100 comprises a plurality of plugs 107' arranged in the descender 106.
  • the cluster 100 comprises a plurality of sets of secondary channels 105', each channel of each set of secondary channels 105' connecting the descender 106 and the intermediate part 103b of a mold of the plurality of molds 103.
  • a plurality of cavities is formed in the descender 106 between each plug of the plurality of plugs 107'.
  • the channels of the plurality of sets of secondary channels 105' are configured to connect each of these cavities to the different molds of the plurality of molds 103.
  • a plurality of pour paths are formed in the descender 106.
  • the cluster 100 comprises a container 200 and a heating system 202 capable of heating the container 200.
  • the heating system 202 can be a heating resistor.
  • the container 200 can be attached to the bucket 101.
  • the container 200 can be fixed by other means not shown, and provided above the bucket 101, so that a liquid escaping from the container 200 under the effect of gravity falls into the bucket 101.
  • a metal membrane 204 typically made of nickel, can be provided at the junction between the container 200 and the bucket 101.
  • a terminal metal alloy (second alloy), different from the first metal alloy, is poured in the liquid state into the bucket 101. Thanks to the upper plug 107, the casting of the terminal metal alloy falls and is distributed in the crown 302 to the cylinders 310 in which the terminal metal alloy flows, to reach, via the connections 312, the plurality of molds 103 and fill in the latter the space left vacant by the first metal alloy 314. The rest of the description of the first mode applies here and will not be repeated.

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Abstract

Procédé de formation de pièces de fonderie dans une grappe (100), la grappe (100) comprenant une pluralité de moules (103) formés par une méthode à cire perdue, chaque moule de la pluralité de moules (103) présentant un sommet, une partie intermédiaire et un fond, un godet (101) configuré pour recevoir du métal liquide, une couronne (102) reliant le godet (101) à chaque sommet de chaque moule de la pluralité de moules (103), un descendant (106) relié au godet, une pluralité de sélecteurs de grains (104) chacun relié à un fond d'un moule de la pluralité de moules (103), le procédé comprenant, l'insertion d'un premier alliage métallique (10) à l'état solide dans la grappe (100), la liquéfaction du premier alliage (10) inséré dans la grappe (100), la solidification dirigée du premier alliage (10) ainsi liquéfié.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de formation d'une pièce par insertion d'un alliage métallique à l'état solide dans une grappe
Domaine Technique
[0001] Le présent exposé concerne un procédé de formation d’une pièce métallique par une méthode de fonderie à cire perdue.
[0002] Un procédé est particulièrement adapté à la formation d’aubes pour des turbomachines d’aéronefs. Les aubes formées peuvent être bi-matériaux.
Technique antérieure
[0003] De manière générale, les procédés connus de formation de pièces par des méthodes de fonderie à cire perdue comprennent une verse laquelle un alliage métallique à l’état liquide est versé dans le creuset d’une grappe en céramique. Cette étape a typiquement lieu dans un four. L’alliage métallique remplit alors un ou plusieurs moules compris dans la grappe. L’ensemble est ensuite refroidi pour solidifier l’alliage métallique, formant ainsi une pièce de fonderie.
[0004] Afin d’améliorer la qualité de la pièce obtenue, il est préférable d’effectuer la verse sous vide pour éviter toute réaction parasite, par exemple une oxydation de l’alliage métallique à l’état liquide. Par ailleurs, la verse est optimisée indépendamment pour chaque alliage métallique, puisque chaque alliage métallique présente des propriétés différentes (température de fusion, viscosité, densité, etc...). On comprend alors que la verse est un enjeu important pour la personne du métier. Par exemple, les conditions de la verse influent sur le taux de rebut de la pièce à former.
[0005] De plus, dans les procédés connus, il apparaît que la verse est un obstacle à la formation de pièces bi-matériaux. En effet, pour obtenir des pièces bi- matériaux, il faudrait alors prévoir deux verses et deux solidifications dans un unique four ; cependant, il n’est pas envisageable de verser deux alliages dans un même creuset. [0006] Une solution pourrait consister à changer le creuset après une première verse, mais le changement du creuset est une opération non automatisée qui nécessite l’intervention d’un opérateur. Cependant, un tel changement dans le four en fonctionnement représente un risque considérable pour l’opérateur. En effet, le four en fonctionnement peut atteindre des températures supérieures à 1000 °C. Cela représente par ailleurs des risques peur le four en lui-même car son ouverture en fonctionnement engendre une modification forte de la thermique du four, ce qui peut engendrer des gradients thermiques importants pouvant causer des fissures dans la grappe et une fuite de l’alliage métallique à l’état liquide dans le four.
[0007] On comprend alors que la verse est en soi une étape comportant intrinsèquement des risques importants, à la fois d’un point de vue de la sécurité et d’un point de vue de la qualité de la pièce à obtenir.
[0008] Il existe donc un réel besoin d’amélioration des procédés de formation de pièces par des méthodes à cire perdue qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents précités.
Exposé de l’invention
[0009] Le présent exposé concerne un procédé de formation de pièces de fonderie dans une grappe, la grappe comprenant une pluralité de moules formés par une méthode à cire perdue, chaque moule de la pluralité de moules présentant un sommet, une partie intermédiaire et un fond, un godet apte à recevoir du métal liquide, une couronne reliant le godet à chaque sommet de chaque moule de la pluralité de moules, un descendant relié au godet, une pluralité de sélecteurs de grains chacun relié à un fond d’un moule de la pluralité de moules, le procédé comprenant, l’insertion d’un premier alliage métallique à l’état solide dans la grappe, la liquéfaction du premier alliage inséré dans la grappe, la solidification dirigée du premier alliage ainsi liquéfié.
[0010] Ainsi, un tel procédé permet de s’affranchir de la verse. En effet, dans le présent procédé, l’alliage métallique inséré à l’état solide dans la grappe est fondu lors de l’insertion de la grappe dans un four. Par conséquent, la fourniture de l’alliage métallique à l’état liquide dans la pluralité de moules de la grappe se passe de verse, puisque l’alliage métallique liquide est directement obtenu par transformation de l’alliage métallique solide inséré dans la grappe.
[0011] Un tel procédé est donc plus sûr pour l’opérateur. Par ailleurs, la manipulation d’un alliage métallique à l’état solide est plus simple que la manipulation d’un alliage métallique à l’état liquide, donc le présent procédé est plus simple à mettre en oeuvre. Par ailleurs, le fait d’éviter la verse permet de contourner le risque de pollution de l’alliage métallique liquide pendant ladite verse. De plus, cela permet de réduire les efforts appliqués par le métal liquide sur la grappe et/ou les autres composants.
[0012] De plus, puisque l’alliage métallique liquide se forme directement dans la grappe, le risque d’erreur de manipulation, par exemple de la part de l’opérateur, pouvant conduire à une coulée accidentelle d’alliage métallique liquide dans le four lors de l’étape de la verse disparaît.
[0013] Dans certains modes de réalisation, la grappe comprend en outre un ensemble de canaux principaux, chaque canal de l’ensemble de canaux principaux reliant le descendant à un sélecteur de grains.
[0014] Dans cette configuration, la grappe permet le remplissage de la pluralité de moules par leur fond. En particulier, dans cette configuration, un alliage métallique liquide peut couler depuis le descendant jusqu’au moule.
[0015] Dans certains modes de réalisation, le premier alliage métallique est, à l’état solide, un lingot cylindrique monobloc.
[0016] Dans la présente demande, l’expression « cylindrique » est entendue au sens mathématique du terme. Un cylindre est défini comme le volume obtenu par la translation d’un contour fermé le long d’un axe. Par exemple, le contour fermé peut être un cercle ou un carré.
[0017] L’utilisation d’un lingot cylindrique permet de calculer facilement le volume de l’alliage métallique liquéfié. Par ailleurs, sous cette forme, l’alliage métallique solide est plus simple à insérer dans la grappe.
[0018] Dans certains modes de réalisation, un jeu est prévu entre l’alliage métallique solide inséré dans la grappe et la grappe. [0019] Ainsi, le jeu permet de compenser la dilatation de l’alliage métallique sous l’effet de la température, avant que ce dernier ne soit fondu. Par conséquent, cela diminue les contraintes qui s’appliquent sur la grappe, diminuant par la même occasion les risques de fuites.
[0020] Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre une étape préalable d’assemblage de la grappe dans laquelle la pluralité de moules, le godet, la couronne, le descendant et la pluralité de sélecteurs de grains sont assemblés entre eux ; et dans laquelle le premier alliage métallique à l’état solide est inséré dans la grappe pendant l’étape préalable d'assemblage.
[0021] Dans certains modes de réalisation, le premier alliage métallique est inséré dans le descendant.
[0022] Dans certains modes de réalisation, le premier alliage métallique est inséré dans la couronne.
[0023] L’insertion de l’alliage métallique à l’état solide pendant l’étape d’assemblage simplifie l’intégration du premier alliage métallique dans la grappe. Cela représente donc un gain de temps pour l’opérateur. En particulier, l’insertion du premier alliage métallique dans la couronne ou dans le descendant est particulièrement avantageux de ce point de vue.
[0024] Dans certains modes de réalisation, la grappe comprend en outre une pluralité d’ensembles de canaux secondaires, chaque canal de chaque ensemble de canaux secondaires reliant le descendant et la partie intermédiaire d’un moule, une pluralité de bouchons délimitant une pluralité de chemins de coulée, et dans lequel une pluralité d'alliages métalliques à l’état solide est insérée dans la pluralité de chemins de coulée, le procédé comprenant successivement, pour chaque alliage métallique de la pluralité d’alliages métalliques, la liquéfaction sélective de l’alliage métallique suivie de la coulée de cet alliage métallique dans l’un des ensembles de canaux secondaires jusqu’à la pluralité de moules, puis la solidification, optionnellement dirigée, de cet alliage métallique liquéfié.
[0025] Dans cette configuration, il est possible d’obtenir des pièces multi-matériaux sans avoir recours à la verse. En outre, cette méthode reprend tous les avantages précédemment cités, liés à l’insertion d’alliages métalliques à l’état solide dans la grappe. Cette configuration est particulièrement avantageuse pour former des aubes de turbomachines multi-matériaux.
[0026] Dans le présent exposé, une pièce « multi-matériaux » est une pièce comprenant au moins deux parties prévues dans deux matériaux différents. Par exemple, une aube comprenant deux parties prévues dans deux alliages métalliques différents est considérée comme une pièce « multi-matériaux >>.
[0027] Par ailleurs, l’un des enjeux majeurs lors de la formation d’aubes multi- matériaux est la zone de jonction entre les différents matériaux. En particulier, la maîtrise de la taille, de la position et de la solidification de la zone de jonction sont des préoccupations d’intérêt pour la personne du métier cherchant à fabriquer des aubes multi-matériaux.
[0028] Selon le présent, aspect, il est possible d’obtenir une pièce multi-matériaux dans un seul four, en garantissant de bonnes propriétés pour la pièce obtenue, en particulier au niveau de ses zones de jonction entre les différents matériaux. En effet, l’insertion d’alliage métallique à l’état solide permet de maitriser plus précisément le volume d’alliage métallique liquide injecté dans le moule.
[0029] Dans certains modes de réalisation, la grappe comprend un bouchon supérieur placé à la jonction entre le godet et le descendant, et dans lequel le procédé comprend : la verse d’un alliage métallique terminal à l’état liquide dans le godet, de sorte que l’alliage métallique terminal se déverse dans chaque moule de la pluralité de moules au travers de la couronne, et la solidification de l’alliage métallique terminal.
[0030] Selon les cas, dépendant de l’alliage métallique impliqué et/ou de la pièce, la verse est souhaitable. Cette configuration permet donc d’obtenir une pièce multi- matériaux par la verse de l’alliage métallique terminal. D’autre part, cette configuration représente une alternative et/ou un complément pour l’obtention de pièces multi-matériaux.
[0031] Dans certains modes de réalisation, la grappe comprend un récipient, le récipient comprenant un système de chauffage ; et le procédé comprenant en outre l’insertion de l’alliage métallique terminal à l’état solide dans le récipient, et la liquéfaction de l’alliage métallique terminal par le système de chauffage.
[0032] Dans certains modes de réalisation, le récipient est attaché au godet. [0033] Cette configuration permet d’obtenir une pièce multi-matériaux en évitant les désavantages liés à la verse, tout en conservant les avantages liés à l’utilisation du godet. Par ailleurs, selon ce mode de réalisation, la coulée de l’alliage métallique terminal est plus rapide que la verse de cet alliage, selon les méthodes connues.
[0034] Dans certains modes de réalisation, le récipient comprend une membrane métallique à la jonction entre le récipient et le godet.
[0035] Dans cette configuration, l’étanchéité du récipient est améliorée.
[0036] Dans certains modes de réalisation, le système de chauffage impose un gradient de température compris entre 10°C et 50 °C, préférentiellement 50 °C dans le récipient.
[0037] Dans certains modes de réalisation, le système de chauffage impose un gradient de température compris entre 10°C et 30 °C.
[0038] Ainsi, ce gradient permet de maitriser la fusion de l'alliage métallique terminal, et en particulier, de le liquéfier progressivement. Cela améliore la fiabilité de la coulée de l’alliage métallique terminal dans la pluralité de moules de la grappe.
[0039] Dans certaines configurations, une pluralité de noyaux en céramique est prévue dans la pluralité de moules.
[0040] La pluralité de noyaux en céramique permet d’obtenir une plus grande diversité de pièces. Par exemple, cela permet l’obtention d’aubes dites creuses ou refroidies.
[0041] Le présent exposé concerne par ailleurs une aube de turbomachine obtenue par un procédé selon l’un des précédents modes de réalisation.
[0042] Dans certaines configurations, l’aube comprend au moins deux parties réalisées dans deux alliages métalliques différents, et une zone de jonction entre ces deux parties.
[0043] Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés. Brève description des dessins
[0044] Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé.
[0045] [Fig. 1] La figure 1 représente schématiquement une grappe selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel un alliage métallique est inséré dans le descendant.
[0046] [Fig. 2] La figure 2 représente schématiquement la grappe selon le mode de réalisation de la figure 1 , disposée dans un four, et dans laquelle l’alliage métallique est liquéfié.
[0047] [Fig. 3] La figure 3 représente schématiquement la grappe selon le mode de réalisation de la figure 1 , dans laquelle l’alliage métallique liquide est coulé dans la pluralité de moules.
[0048] [Fig. 4] La figure 4 représente schématiquement la grappe selon le mode de réalisation de la figure 1 , dans laquelle l’alliage métallique est solidifié.
[0049] [Fig. 5] La figure 5 représente schématiquement la grappe selon le mode de réalisation de la figure 1 , dans laquelle l’alliage métallique terminal est versé dans le godet.
[0050] [Fig. 6] La figure 6 représente schématiquement la grappe selon le mode de réalisation de la figure 1 , dans laquelle l’alliage métallique terminal est solidifié.
[0051] [Fig. 7] La figure 7 représente schématiquement une grappe selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans laquelle une pluralité d’alliages métalliques est insérée dans le descendant.
[0052] [Fig. 8] La figure 8 représente schématiquement une grappe selon un troisième mode de réalisation de l’invention, dans lequel un alliage terminal est inséré dans un récipient.
[0053] [Fig. 9] La figure 9 représente schématiquement une grappe selon le troisième mode de réalisation, dans laquelle un premier alliage métallique est liquéfié et coulé dans la pluralité de moules. [0054] [Fig. 10] La figure 10 représente schématiquement une grappe selon le troisième mode de réalisation, dans laquelle l’alliage terminal est liquéfié.
[0055] [Fig. 11 ] La figure 11 représente schématiquement une grappe selon le troisième mode de réalisation, dans laquelle l’alliage terminal est versé dans le godet.
[0056] [Fig. 12] La figure 12 représente schématiquement un quatrième mode de réalisation, dans lequel un premier alliage métallique est stocké sous forme solide dans la partie supérieure d’une grappe.
Description des modes de réalisation
[0057] Afin de rendre plus concret l’exposé, un exemple de dispositif est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.
[0058] La figure 1 représente schématiquement une grappe 100 selon un premier mode de réalisation de l’invention. La grappe 100 comprend un godet 101 configuré pour recevoir du métal liquide, une couronne 102, une pluralité de moules 103, un sélecteur de grains 104, un ensemble de canaux principaux 105, un descendant 106 relié au godet 101 , chaque canal de l’ensemble de canaux principaux 105 reliant le descendant 106 à un sélecteur de grains 104.
[0059] La pluralité de moules 103 comprend des moules formés par une méthode à cire perdue, et chaque moule de la pluralité de moules 103 présente un sommet, une partie intermédiaire et un fond.
[0060] La couronne 102 relie le godet 101 à chaque sommet 103a de chaque moule de la pluralité de moules 103, et chaque sélecteur de grains de la pluralité de sélecteurs de grains 104 est relié à un fond 103c d’un moule de la pluralité de moules 103. Avantageusement, la pluralité de moules 103 peut comprendre une pluralité de noyaux, afin d’obtenir, par exemple, des aubes creuses.
[0061] Dans le présent exemple, un bouchon supérieur 107 en céramique peut être prévu à la jonction entre le godet 101 et le descendant 106. Ce bouchon est étanche au métal liquide, si bien qu’un métal liquide versé dans le godet 101 est contraint de couler dans la couronne 102, puis dans la pluralité de moules 103. Lorsqu’un métal liquide emprunte un tel chemin, on parle de coulée du métal liquide en chute.
[0062] Un premier alliage métallique 10 est inséré dans le descendant 106. Le premier alliage métallique 10 est inséré sous forme de lingot cylindrique monobloc, à base circulaire. Dans d’autres exemples, le premier alliage métallique 10 peut être inséré dans la couronne. Par ailleurs, le premier alliage métallique 10 peut être inséré sous forme de grenaille ou sous toute autre forme solide le rendant apte à son insertion dans la grappe 100.
[0063] Dans le présent exemple, le descendant 106 est cylindrique à base circulaire. Un jeu d est prévu entre la paroi interne du descendant 106 et le premier alliage métallique 10.
[0064] La figure 2 représente la grappe 100 du premier mode de réalisation disposée dans un four 50 de Birdgman. Le four 50 comprend une zone chaude 51 et une zone froide 52. Dans un premier temps, la grappe 100 est placée au niveau de la zone chaude 51 du four 50. Le premier alliage métallique 10 se liquéfie.
[0065] Le volume de l’alliage métallique 10 liquéfié est calculé selon la formule suivante.
[0066] [Math 1 ]
[0068] Avec Vs le volume de l’alliage métallique à l’état solide, V le volume de l’alliage métallique à l’état liquide, ps la masse volumique de l’alliage métallique à l’état solide et pL la masse volumique de l’alliage métallique à l’état liquide. De manière générale, pour des alliages de nickel, le rapport des masses volumiques est de l’ordre de 1 ,14.
[0069] Connaissant le volume de la pluralité de moules 103 à remplir, il est possible de déduire la quantité, ou le volume, d’alliage métallique 10 à fournir pour remplir la pluralité de moules 103. Les inventeurs ont constaté qu'il est nécessaire de prévoir un volume d’alliage métallique solide légèrement supplémentaire au volume nécessaire au remplissage de la pluralité de moules 103, pour compenser un volume résiduel perdu lors de la solidification de l’alliage métallique, lié la contraction de l’alliage métallique lors de ladite solidification. [0070] Comme cela est représenté sur la figure 3, le premier alliage métallique 10 fondu emprunte l’ensemble de canaux 105 pour remplir la pluralité de moules 103 par leur fond 103c. A titre d’exemple, ce remplissage peut s’opérer simplement par gravité et/ou capillarité. Lorsqu’un métal liquide emprunte un tel chemin, on parle de coulée de l’alliage métallique en source.
[0071 ] Dans le présent exemple, le premier alliage métallique 10 remplit partiellement la pluralité de moules 103. Cependant, dans d’autres exemples, le premier alliage métallique 10 peut remplir totalement la pluralité de moules 10, à condition d’avoir prévu le volume adéquat.
[0072] Comme cela est représenté sur la figure 4, une fois que le premier alliage métallique 10 est coulé dans la pluralité de moules 103, la grappe est transférée (par exemple par descente gravitaire de la grappe ou sous l’action d’organes d’actionnement tels que des vérins) vers la zone froide 52 du moule de sorte que le premier alliage métallique 10 liquide soit dans la zone froide 52 du four 50. Dans le présent exemple, seule la partie partiellement remplie de la pluralité de moules 103 est dans la zone froide 52 du four 50.
[0073] Ainsi, le premier alliage métallique 10 cristallise dans la pluralité de moules 103. Dans le présent exemple, grâce à la pluralité de sélecteurs de grains 104, la solidification du premier alliage métallique 10 est dirigée. En d’autres termes, le premier alliage métallique 10 cristallise dans la pluralité de moules 103 dans une pluralité d’alliages monocristallins.
[0074] Dans le présent exemple, après la cristallisation du premier alliage métallique 10, un alliage métallique terminal 20 (Fig. 5), différent du premier alliage métallique 10, est versé à l’état liquide dans le godet 101 . Grâce au bouchon supérieur 107, la coulée de l’alliage métallique terminal 20 est en chute.
[0075] L’alliage métallique terminal 20 coule dans la pluralité de moules 103 et remplit l’espace laissé vacant par le premier alliage métallique 10. Une interface 12 entre le premier alliage métallique 10 et l’alliage métallique terminal 20 se crée. Au niveau de cette interface, une diffusion de l’alliage métallique terminal 20 dans le premier alliage métallique 10 peut être observée. De plus, lors de la verse de l’alliage métallique terminal 20, une refusion partielle du premier alliage métallique 10 au niveau de l’interface 12 peut être observée. [0076] Une fois que l’alliage métallique terminal 20 est versé, comme cela est représenté sur la figure 6, l’intégralité de la grappe 100 est transférée (par exemple par descente gravitaire de la grappe ou sous l’action d’organes d’actionnement tels que des vérins) dans la zone froide 52 du moule 50. De cette façon, l’alliage métallique terminal 20 se solidifie. Optionnellement, le premier alliage métallique 10 peut servir de germe pour une solidification dirigée de l’alliage métallique terminal 20.
[0077] Une fois l’alliage métallique terminal 20 solidifié, une pluralité de pièces est obtenue dans la pluralité de moules. Différentes étapes de finition de la pluralité de pièces peuvent être prévues.
[0078] La figure 7 représente une grappe 100 selon un deuxième mode de réalisation, compatible avec le premier mode de réalisation. Dans l’exemple du deuxième mode de réalisation, la grappe 100 comprend une pluralité de bouchons 107’ disposés dans le descendant 106. En outre, la grappe 100 comprend une pluralité d’ensembles de canaux secondaires 105’, chaque canal de chaque ensemble de canaux secondaires 105’ reliant le descendant 106 et la partie intermédiaire 103b d’un moule de la pluralité de moules 103.
[0079] De cette façon, une pluralité de cavités est formée dans le descendant 106 entre chaque bouchon de la pluralité de bouchons 107’. Les canaux de la pluralité d’ensembles de canaux secondaires 105’ sont configurés pour relier chacune de ces cavités aux différents moules de la pluralité de moules 103. Ainsi, une pluralité de chemins de coulée sont formés dans le descendant 106.
[0080] Une pluralité d’alliages métalliques 10’, différents les uns des autres, est insérée dans la pluralité de cavités formées entre les bouchons 107. Par exemple, les bouchons 107 peuvent être insérés lors de l’assemblage de la grappe. Avantageusement, les alliages métalliques de la pluralité d’alliages métalliques 10’ présentent chacun une température de fusion différente. Une fois la grappe 100 placée dans le four 50, les alliages métalliques de la pluralité d’alliages métalliques 10’ peuvent donc être liquéfiés sélectivement, par un contrôle approprié de la température de la zone chaude 51 du four 50.
[0081] Lorsqu’un alliage de la pluralité d’alliages 10’ est liquéfié, il est coulé dans les moules de la pluralité de moules 103 et solidifié de façon analogue à la coulée et à la solidification du premier alliage métallique 10. Le premier alliage liquéfié est donc coulé en source.
[0082] Dans ces circonstances, en liquéfiant puis en solidifiant sélectivement les alliages métalliques de la pluralité d’alliages métalliques 10’, on obtient une pièce multi-matériaux.
[0083] La figure 8 représente une grappe 100 selon un troisième mode de réalisation, compatible avec les autres modes de réalisation. Outre le récipient 200 et le système de chauffage 202 décrits ci-après, la grappe 100 selon le troisième mode de réalisation est en tous points identiques à la grappe 100 du premier mode de réalisation. Par ailleurs, à l’exception de la verse de l’alliage métallique terminal 20, le procédé d’obtention de la pièce pour ce troisième mode de réalisation est identique au premier mode de réalisation.
[0084] Dans le troisième mode de réalisation, la grappe 100 comprend un récipient 200 et un système de chauffage 202 apte à chauffer le récipient 200. Par exemple, le système de chauffage 202 peut être une résistance chauffante. Le récipient 200 peut être attaché au godet 101 . Alternativement, le récipient 200 peut être fixé par d’autres moyens non représentés, et prévu au-dessus du godet 101 , de sorte qu’un liquide s’échappant du récipient 200 sous l’effet de la gravité tombe dans le godet 101 .
[0085] Une membrane métallique 204, typiquement en nickel, peut être prévue à la jonction entre le récipient 200 et le godet 101 .
[0086] Dans cet exemple, l’alliage terminal 20 est inséré dans le récipient 200 à l’état solide.
[0087] Comme cela est représenté sur la figure 9, le premier alliage métallique 10 est liquéfié puis solidifié comme décrit dans le premier mode de réalisation. Postérieurement à cette solidification, et comme cela est représenté sur la figure 10, le système de chauffage 200 liquéfie l’alliage métallique terminal 20. Dans d’autres exemples, le four 50 peut être apte à liquéfier l’alliage métallique terminal 20.
[0088] Comme cela est représenté sur la figure 11 , une fois que l’alliage métallique terminal 20 est liquéfié, la membrane métallique 204 est retirée et l’alliage métallique terminal 20 liquide se déverse dans le godet 101 . L’alliage métallique terminal 20 est alors solidifié de manière analogue au premier mode de réalisation.
[0089] Le retrait de la membrane métallique 204 peut s’opérer par la fonte de cette dernière. En effet, une fois l’alliage métallique terminal 20 liquéfié, l’alliage métallique terminal 20 est apte à liquéfier la membrane métallique 204.
[0090] Alternativement, le récipient 200 peut comprendre un fond à la place de la membrane métallique 204. Par ailleurs, le fond comprend une ouverture qui fait face au godet 101 . L’alliage métallique terminal peut alors présenter une forme cylindrique, dont la base présente une dimension caractéristique supérieure à la dimension caractéristique de l’ouverture du récipient 200. Dans ces circonstances, lorsque l’alliage métallique terminal 20 est inséré à l’état solide dans le récipient 200, l’alliage métallique terminal 20 est maintenu en position verticale fixe dans le récipient. Cependant, lorsque l’alliage métallique terminal 20 est liquéfié, ce dernier est apte à se déverser dans le godet 101 de la grappe 100, au travers de l’ouverture du récipient 200.
[0091] Optionnellement, le système de chauffage peut être apte à imposer un gradient de température dans le récipient 200. Dans ces circonstances, il est possible de liquéfier partiellement l’alliage métallique terminal 20. Cela diminue le risque d’apparition de grains solides non-liquéfiés. De tels grains sont indésirables car ils nuisent aux propriétés de la pièce à former. Ces grains sont d’autant plus indésirables qu’ils peuvent boucher, par exemple, les canaux de la grappe 100.
[0092] Comme représenté schématiquement sur la figure 12, une grappe 300 similaire à la grappe 100 de la figure 1 comprend, en plus des composants représentés sur la figure 1 et qui conservent les mêmes références 101 , 103, 103a-b, 104, 105, 106 et 107, une zone de stockage d’un premier alliage métallique sous forme solide qui est disposée dans la partie supérieure de la grappe.
[0093] Plus particulièrement, cette zone comporte une pluralité de contenants ou cylindres de stockage 310 qui sont disposés respectivement au-dessus d’un moule 103 et raccordés chacun à ce dernier (sommet 103a) par une liaison verticale 312. Les cylindres 310 contiennent chacun un premier alliage métallique 314 se présentant sous forme solide, par exemple sous forme de lingot (ex : cylindrique monobloc, à base circulaire), ou sous forme de grenaille ou toute autre forme solide. Le premier alliage a été préalablement inséré dans la grappe.
[0094] La couronne 302 raccorde la partie inférieure du godet 101 à la partie supérieure des cylindres 310 et le bouchon 107 est positionné en partie haute du descendant 106 afin que la matière (deuxième alliage) présente dans le godet puisse être distribuée directement dans les cylindres sans passer par le descendant.
[0095] Dans ce mode de réalisation le descendant 106 n’est pas utilisé. Le procédé décrit ici peut donc être utilisé dans une configuration de grappe ne comportant pas de descendant.
[0096] Dans ce mode de réalisation la grappe 300 est introduite dans la zone chaude 51 d’un four 50 comme dans le mode illustré sur la figure 2 et le premier alliage 314 est liquéfié à l’intérieur des cylindres 310, ce qui lui permet de couler directement de chaque cylindre 310 dans le moule situé en dessous (méthode de remplissage en chute) à travers la liaison 312. La configuration de la grappe 300 est avantageuse par rapport à celle de la grappe 100 de la figure 1 dans la mesure où la zone de stockage du premier alliage métallique 314 est disposée au plus près des éléments de chauffe et/ou parois radiantes du four (en périphérie de la grappe et non au centre de celle-ci comme dans le descendant 106). La zone de stockage du premier alliage métallique 314 n’est donc pas masquée par un composant de la grappe qui serait disposé entre lui et les éléments chauffants et/ou parois radiantes du four et donc est exposée directement au rayonnement chauffant. Il s’ensuit une plus grande efficacité de fonctionnement.
[0097] Comme sur la figure 4, la grappe 300 est ensuite descendue verticalement en partie dans la zone froide 52 du four 50 afin de solidifier le premier alliage métallique 314.
[0098] Comme sur la figure 5, après la cristallisation du premier alliage métallique, un alliage métallique terminal (deuxième alliage), différent du premier alliage métallique, est versé à l’état liquide dans le godet 101 . Grâce au bouchon supérieur 107, la coulée de l’alliage métallique terminal est en chute et se répartit dans la couronne 302 jusqu’aux cylindres 310 dans lesquels l’alliage métallique terminal coule, pour atteindre, via les liaisons 312, la pluralité de moules 103 et remplir dans ces derniers l’espace laissé vacant par le premier alliage métallique 314. Le reste de la description du premier mode s’applique ici et ne sera pas répété.
[0099] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.
[0100] Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de formation de pièces de fonderie dans une grappe (100), la grappe (100) comprenant une pluralité de moules (103) formés par une méthode à cire perdue, chaque moule de la pluralité de moules (103) présentant un sommet, une partie intermédiaire et un fond, un godet (101) apte à recevoir du métal liquide, une couronne (102) reliant le godet (101) à chaque sommet de chaque moule de la pluralité de moules (103), un descendant (106) relié au godet, une pluralité de sélecteurs de grains (104) chacun relié à un fond d'un moule de la pluralité de moules (103), le procédé comprenant , l'insertion d'un premier alliage métallique (10) à l'état solide dans la grappe (100), la liquéfaction du premier alliage (10) inséré dans la grappe (100), la solidification dirigée du premier alliage (10) ainsi liquéfié.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel la grappe (100) comprend en outre un ensemble de canaux principaux (105), chaque canal de l'ensemble de canaux principaux (105) reliant le descendant (106) à un sélecteur de grains (104).
[Revendication 3] Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel le premier alliage métallique (10) est, à l'état solide, un lingot cylindrique monobloc.
[Revendication 4] Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant en outre une étape préalable d'assemblage de la grappe (100) dans laquelle la pluralité de moules (103), le godet (101), la couronne (102), le descendant (106) et la pluralité de sélecteurs de grains (104) sont assemblés entre eux ; et dans laquelle le premier alliage métallique (10) à l'état solide est inséré dans la grappe (100) pendant l'étape préalable d'assemblage.
[Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la grappe (100) comprend en outre une pluralité d'ensembles de canaux secondaires (1059, chaque canal de chaque ensemble de canaux secondaires (1059 reliant le descendant (106) et la partie intermédiaire d'un moule (103), une pluralité de bouchons (107') délimitant une pluralité de chemins de coulée, et dans lequel une pluralité d'alliages métalliques (109 à l'état solide est insérée dans la pluralité de chemins de coulée, le procédé comprenant successivement, pour chaque alliage métallique de la pluralité d'alliages métalliques (109, la liquéfaction sélective de l'alliage métallique suivie de la coulée de cet alliage métallique dans l'un des ensembles de canaux secondaires (105') jusqu'à la pluralité de moules (103), puis la solidification de cet alliage métallique liquéfié.
[Revendication 6] Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la grappe (100) comprend un bouchon supérieur (107) placé à la jonction entre le godet (101) et le descendant (106), et dans lequel le procédé comprend : la verse d'un alliage métallique terminal (20) à l'état liquide dans le godet (101), de sorte que l'alliage métallique terminal (20) se déverse dans chaque moule de la pluralité de moules (103) au travers de la couronne (102), et la solidification de l'alliage métallique terminal (20).
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, dans lequel la grappe (100) comprend un récipient (200), le récipient (200) comprenant un système de chauffage (202) ; et le procédé comprenant en outre l'insertion de l'alliage métallique terminal (20) à l'état solide dans le récipient (200), et la liquéfaction de l'alliage métallique terminal (20) par le système de chauffage (202).
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 7, dans lequel le récipient (200) comprend une membrane métallique (204) à la jonction entre le récipient (200) et le godet (101).
[Revendication 9] Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le système de chauffage impose un gradient de température compris entre 10°C et 50°C dans le récipient.
[Revendication 10] Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel une pluralité de noyaux en céramique est prévue dans la pluralité de moules.
[Revendication 11] Aube de turbomachine obtenue par un procédé selon l'une des revendications précédentes.
[Revendication 12] Aube selon la revendication 11, comprenant au moins deux parties réalisées dans deux alliages métalliques différents, et une zone de jonction (12) entre ces deux parties.
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