FR2502042A1

FR2502042A1 - Procede de fabrication de structures metalliques armees de filaments

Info

Publication number: FR2502042A1
Application number: FR8204856A
Authority: FR
Inventors: Leonard Angelo Ascani Jr; Billy Armond Burroughs
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1982-09-24
Also published as: GB2095137A; GB2095137B; FR2502042B1; US4406393A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION DE STRUCTURES METALLIQUES ARMEES DE FILAMENTS. ELLE SE RAPPORTE A UN PROCEDE SELON LEQUEL UNE PILE EST FORMEE A L'AIDE DE FEUILLES 22A, 22B AYANT UNE PARTIE CENTRALE COMPRENANT UNE ARMATURE FILAMENTAIRE 26A, 26B. LES DIFFERENTES FEUILLES SUBISSENT UN SOUDAGE PAR DIFFUSION, SUR TOUTE LEUR SURFACE SAUF EVENTUELLEMENT DANS DES ZONES 40, 42, 44 PROTEGEES PAR UNE MATIERE CONVENABLE. ENSUITE, UN GAZ INERTE SOUS PRESSION EST INTRODUIT ENTRE LES ENSEMBLES 11, 12 ET 13 AFIN QUE LA MATIERE QUI SE TROUVE A L'EXTERIEUR DES PARTIES RENFORCEES SUBISSE UN FORMAGE A L'ETAT SUPERPLASTIQUE, A UNE TEMPERATURE CONVENABLE. LES PARTIES ARMEES DE FILAMENTS NE SUBISSENT PAS D'EXPANSION. APPLICATION A LA FABRICATION DE STRUCTURES METALLIQUES ARMEES DE FILAMENTS, NOTAMMENT POUR L'AERONAUTIQUE.

Description

250204?

La présente invention concerne le domaine du for-

mage des métaux et plus précisément un procédé de fabrica-

tion de structures métalliques en sandwich comprenant des

armatures filamentaires, par formage à l'état superplasti-

que et soudage par diffusion. On sait depuis de nombreuses années que certains métaux tels que le titane et d'autres alliages, présentent une superplasticité. Ce phénomène désigne l'aptitude d'une

matière à présenter des allongements à la traction inhabituel-

lement élevés, avec une tendance réduite à s'amincir locale-

ment. Cette aptitude n'appartient qu'à un nombre limité de

métaux et alliages, et dans des plages limitées de tempéra-

tures et de vitesses de déformation. Ainsi, on a observé que certains alliages de titane tels que l'alliage Ti-6Al-4V

présentent des caractéristiques de superplasticité.

Jusqu'à l'apparition de techniques viables de formage à l'état superplastique, tirant avantage de cette

propriété, la formation de configurations complexes néces-

sitant des allongements importants à la traction était très

difficile et dans certains cas impossible. Un progrès im-

portant du formage à l'état superplastique est représenté par le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 934 441. Sous une forme simplifiée, ce procédé comprend la disposition

d'une ébauche et d'un organe de mise en forme dans une cham-

bre contenant de préférence un gaz inerte. L'ébauche est

chauffée à une température à laquelle elle possède des ca-

ractéristiques de superplasticité, et une pression est en-

suite appliquée à l'ébauche, provoquant ainsi son allonge-

ment et sa mise à la configuration de l'organe de mise en

forme.

Le soudage par diffusion désigne un raccordement métallurgique de surfaces de métaux semblables ou non, par application de chaleur et d'une pression pendant un temps suffisant pour que les atomes présents à l'interface du joint s'imbriquent mutuellement. Le soudage par diffusion est entièrement effectué à l'état solide, à la moitié de la température de fusion du métal de base ou au-delà. Les

durées, les températures et les pressions utilisées en ré-

alité varient d'un métal à l'autre.

La combinaison du formage à l'état superplas-

tique et du soudage par diffusion pour la réalisation de structures métalliques en sandwich a été réalisée de façon satisfaisante comme décrit dans le brevet des Etats-Unis

d'Amérique n0 3 927 817.

Plus précisément, ce procédé de fabrication de structures métalliques en sandwich comprend essentiellement la réalisation de structures à partir de plusieurs pièces métalliques constituant des ébauches. Une ou plusieurs des ébauches sont traitées dans des régions choisies afin qu'elles ne puissent pas subir un soudage par diffusion. Les ébauches sont empilées et placées dans un appareil de formage comprenant un ensemble de moules. La pile subit un soudage par diffusion dans les zones non traitées et l'une au

moins des ébauches subit un formage à l'état superplas-

tique,contre une ouplusieurs surfaces de moule, lors de la formation de la structure en sandwhich. La configuration de l'âme est déterminée par l'emplacement, la dimension et

la configuration des surfaces raccordées.

Bien que ce procédé connu de formage à l'état superplastique et de soudage par diffusion présente des

réduction de prix et de poids, les structures formées su-

bissent une concurrence considérable de la part de struc-

turesréalisées à partir de matières composites perfec-

tionnées à liant époxy étant donné leur faible poids et

leurs caractéristiques choisies de rigidité et de résis-

tance mécanique élevées. Ainsi, les principales appli-

cations des éléments fabriqués par formage à l'état su-

perplastique et soudage par diffusion sont dans le domaine des températures élevées car le système à base d'époxy est inutilisable. L'incorporation d'une matière filamentaire augmente aussi la plage de températures de travail des

structures classiques à base de titane car la matière fi-

lamentaire conserve sa résistance mécanique à des tempéra-

tures auxquelles le titane commence à s'affaiblir. Ainsi,

si on pouvait appliquer la technologie des liants métalli-

ques au procédé de formage à l'état superplastique et de soudage par diffusion, le nombre de structures pouvant être

ainsi réalisées pourrait être notablement accru.

Les matières composites à liant métallique sont loin d'être nouvelles. Par exemple, le brevet des Etats-Unis

d'Amérique n0 3 991 928 décrit un procédé utile à cet effet.

Par exemple, des filaments de bore ou de carbure de silicium

sont placés entre des couches de feuille d'alliage de titane.

Les filaments sont placés initialement sur une matière des-

tinée à former un liant, par collage par un adhésif, par

exemple une matière plastique convenable telle que le poly-

styrène est utilisée afin que les fibres gardent une orien-

tation parallèle d'espacement uniforme. La matière plastique est choisie afin qu'elle s'évapore pendant l'opération de consolidation. Cette opération est réalisée par chauffage à température élevée et par compression à l'aide d'une pression élevée comprise entre 3,5.107 et 1,75. 108 Pa. Par exemple, l'empilement est enfermé de manière étanche dans une enceinte dans laquelle le vide est formé, avant la

compression. Cette matière a un module et un rapport ré-

sistance mécanique/poids extrêmement élevés, et elle permet

donc la formation d'une structure légère et rigide.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 163 380 décrit un procédé de formation d'une matière composite à liant métallique comprenant la disposition de la matière

entre deux moules, le chauffage puis la fermeture des mou-

les à une vitesse de 0,125 à 0,25 mm/min. Comme la matière

composite n'est pas dans la plage de températures de super-

plasticité, les pressions de formage sont extrêmement éle-

vées. En conséquence, ce procédé présente l'inconvénient de

nécessiter des presses importantes et des moules très ré-

sistants qui sont coûteux.

Jusqu'à présent, on n'a pas considéré qu'il était possible d'incorporer des matières composites à liant

métallique à des structures formées par le procédé de for-

mage à l'état superplastique et de soudage par diffusion étant donné les vitesses élevées de déformation qui sont

obtenues, les vitesses étant de l'ordre de 1.10-4 cm/cm.s.

De telles vitesses de déformation, lorsqu'on les applique à des matières composites à liant métallique, pourraient provoquer une rupture des filaments. La rupture a lieu à cause de l'adhérence de la matière métallique formant le liant aux filaments, cette adhérence, lors du formage à l'état superplastique, pouvant provoquer l'application de

tensions très élevées dans les filaments.

En conséquence, l'invention concerne un procédé

de fabrication de structures légères dont la résistance mé-

canique et la rigidité sont accrues.

Elle concerne aussi un procédé de fabrication de structures comprenant des matires composites à liant métallique, par formage à l'iétat superplastique et soudage

par diffusion.

Elle concerne aussi un procédé de fabrication de

structures par formage à 1 tat supe:plastique et par sou-

dage par diffusion, ayant une armature de résistance choisie.

Plus précisément, i:invention concerne un procédé

de fabrication de structure" maliesarmées de filaments.

Le procédé comprend la disost Jn de pliusieurs pièces ayant deux faces principales opposes'o L'une au moins des pièces externes comporte au moins une feuille interne ayant au moins

une partie formée d'une minatiè--e constlituant un liant métalli-

que, armée d'une matière filamerntaire, et de feuilles de couverture qui sont disposées de part et d'autre de la feuille interne. L'une au moins des feuilles de couverture dépasse de la périphérie de la partie armée de la feuille interne. De préférence, cette feuille interne au moins qui

dépasse comprend une partie ronoo!ithique autour de sa pé-

riphérie, formant un cadre retenant la partie armée.

Des zones choisies des pièces sont alors traitées afin qu'elles ne puissent pas se souder. Ces pièces sont empilées et placées entre des organes de mise en forme tels qu'ils entourent au moins une chambre formée dans au moins l'un des organes de mise en forme. Les pièces sont alors

chauffées à une température qui suffit au soudage par dif-

fusion, dans les zones prédéterminées non traitées, et une compression est exercée, les deux opérations étant réalisées pendant un temps suffisant pour que la pièce externe au moins qui dépasse soit consolidée sous forme d'une pièce

comprenant une partie interne armée, ayant une partie pé-

riphérique monolithique, et pour que les pièces soient sou-

dées par diffusion dans les zones choisies. Ensuite, une contrainte de tension est induite dans au moins une pièce

consolidée afin qu'une partie au moins de la partie péri-

phérique monolithique subisse une expansion à l'état super-

plastique contre l'un au moins des organes de mise en forme

et en contact intime avec cet organe.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels

la figure 1 est une perspective éclatée d'un em-

pilement à trois pièces destiné à former une structure en sandwich;

la figure 2 est une coupe de la pile de la fi-

gure 1, représentant les pièces empilées; la figure 3 est une coupe de la pile des figures 1 et 2, placée dans un appareil de formage; la figure 4 représente une structure sandwich terminée enfermée dans l'appareil de formage représenté sur la figure 3; la figure 5 est une coupe de la pile représentée

sur la figure 2, placée dans un appareil de formage com-

prenant deux organes de mise en forme ayant des cavités;

la figure 6 représente la pile obtenue par ex-

pansion dans les organes de formage de l'appareil de la figure 5; la figure 7 est une coupe partielle d'une pile à quatre pièces enfermée dans un appareil de formage; la figure 8 est une coupe partielle de la pile représentée sur la figure 7 après expansion sous forme d'une structure sandwich; la figure 9 est une perspective partielle avec des parties arrachées de la pile expansée représentée sur la figure 8; la figure 10 est une coupe d'une pile à deux pièces placée dans l'appareil de formage représenté sur la figure 4;

la figure il est une coupe d'une structure ter-

minée à deux pièces, ayant subi une expansion dans l'appa-

reil de formage représenté sur la figure 10;

la figure 12 est une coupe partielle de la struc-

ture sandwich terminée représentée sur la figure 4; et

la figure 13 est une perspective, avec une par-

tie arrachée, de la partie interne 26a de la feuille com-

posite 22a représentée sur la figure 1.

La figure 1 est une perspective éclatée d'une pile 10 formée de pièces ou ébauches métalliques 11, 12 et 13 qui doivent être mises sous forme d'une structure sandwich

selon l'invention. Les ébauches 11, 12 et 13 sont représen-

tées empilées sur la figure 2 et sont de préférence sous

forme de feuilles ayant des grandes faces opposées supé-

rieure et inférieure 15 et 16, 17 et 18 et 19 et 20 respec-

tivement.-Le nombre d'ébauches utilisées varie avec des critères fixés par l'application recherchée; cependant, on doit utiliser au minimum deux ébauches et on en utilise

normalement au moins trois. Les ébauches métalliques doi-

vent pouvoir se raccorder par soudage par diffusion. L'une

au moins des ébauches externes et le plus souvent les ébau-

ches internes, doivent être formées d'un métal ayant des caractéristiques de superplasticité, c'est-à-dire ayant une microstructure et une composition telles que, lors d'un chauffage dans une plage convenable de températures et d'un formage avec une vitesse convenable de déformation, le métal

présente un allongement à la traction inhabituellement éle-

vé, avec une tendance réduite à s'amincir localement. Le

brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 926 817 et, à un moin-

dre degré, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 233 831,

décrivent des matières ayant des caractéristiques de super-

plasticité ainsi que le procédé de formage de structures mé-

talliques par formage à l'état superplastique et soudage par diffusion. Tout métal qui présente des caractéristiques de superplasticité dans une plage utilisable de températures peut être utilisé pour la formation de ces ébauches, mais

l'invention concerne plus précisément les métaux qui pré-

sentent des caractéristiques de superplasticité dans la plage des températures nécessaires au soudage par diffusion, tels que

le titane et ses alliages, notamment l'alliage Ti-6A1-4V.

Dans les procédés connus, les ébauches externes 11 et 13 sont formées de matière homogène. Selon l'invention,

les ébauches externes 11 et 13 ont une configuration à plu-

sieurs feuilles comprenant des feuilles composites 22a et 22b respectivement, séparées par des feuilles 24a et 24b

qui assurent le maintien à distance des matières filamen-

taires des deux feuilles 22a et 22b pendant la compression.

Ces feuilles 22a et 22b ont des parties internes 26a et 26b respectivement formées d'un liant métallique contenant des armatures filamentaires. La figure 13 est une perspective de la partie 26a de la figure 1, avec des parties arrachées représentant la matière filamentaire 27. Par exemple, la matière filamentaire est formée de bore ou de carbure de

silicium. L'orientation des filaments et le nombre de cou-

ches de filaments varient avec la résistance mécanique vou-

lue pour lesstructures à réaliser. Cependant, en général, les parties internes 26a et 26b comportent une monocouche de matière filamentaire. Ces matières internes 26a et 26b peuvent être fabriquées par miseen oeuvre du procédé décrit

dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 991 928.

Ce type de matière est disponible auprès de D.W.A. Composites Specialties, Inc. et Americom, Inc., toutes deux de

Chatsworth, Californie.

De préférence, des parties 30a et 30b formant des cadres constituées de la même matière que le liant des

parties internes, par exemple de l'alliage Ti-6A1-4V, en-

tourent les parties internes 26a et 26b. De cette manière,

lespièces externes ont une épaisseur uniforme après le sou-

dage par diffusion. Si les cadres 30a et 30b ne sont pas

utilisés, les ébauches externes 11 et 13 n'ont pas une-é-

paisseur uniforme car une certaine quantité de métal doit fluer dans l'espace entourant les parties internes 26a et 26b. Des feuilles 32a, 33a et 32b, 33b complètent les pièces il et 13 et sont aussi normalement formées de la même matière que les liants. Des exemples d'épaisseurs sont 250 microns pour les feuilles 22a et 22b, 45 microns pour les feuilles 24a et 24b, et 125 microns pour les feuilles de couverture 32a, 33a et 32b, 33b. Ainsi, l'épaisseur totale de chaque ébauche il et 13 (telle que représentée sur la figure 1) est égale à 1,295 mm. Bien que l'épaisseur des feuilles de couverture puisse varier, les feuilles composites monocouches 22a et 22b et les feuilles homogènes 24a et 24b restent normalement constantes quel que soit le type de structure formée. Ceci est da au fait que les feuilles 22a et 22b sont les plus faciles à mettre en forme lorsque leur épaisseur reste aussi faible que possible, c'est-àdire juste suffisante pour qu'elles recouvrent totalement la matière filamentaire. Bien qu'on ait représenté deux feuilles composites 22a et 22b, les critères de conception peuvent imposer l'utilisation d'une seule de ces feuilles, si bien que les feuilles 24a et 24b ne sont plus nécessaires. Inversement, certains types de pièce peuvent nécessiter plus de deux feuilles composites dans une pièce externe. Dans ce dernier, une feuille 24a ou 24b est normalement placée entre chaque paire de feuilles composites. La figure 4 représente une structure métallique sandwich terminée portant la référence générale 34, formée à partir de la pile 10 représentée dans un appareil 37 de formage. On peut noter que la structure 34 a une pièce ou ébauche 12 raccordée à des emplacements choisis aux ébauches

11 et 13. Comme indiqué sur les figures 1 et 2, une opéra-

tion avantageuse permettant le raccordement des ébauches à des emplacements choisis seulement, comprend l'application d'une matière protectrice convenable dans les zones de la pile 10 dans lesquelles le raccordement ou l'association entre les ébauches n'est pas souhaitable. Ainsi, les zones 40, 42, 44, 46 et 48 des surfaces principales 17 et 18 de l'ébauche 12 sont revêtues d'une matière protectrice empêchant le soudage dans ces zones. Une matière avantageuse de protection est

l'oxyde d'yttrium (Y203) qui peut être appliqué par pulvé-

risation, par peinture ou par sérigraphie. Il faut noter que

la matière de protection peut être appliquée sur les surfa-

ces principales 16 et 19 des ébauches il et 13 mais on cons-

tate qu'il est plus simple d'appliquer le revêtement sur l'ébauche 12, car la précision des structures obtenues est accrue. Des tubes 50 et 52 de gonflage pénètrent dans des

encoches 54 et 56 formées dans l'ébauche 12 afin qu'ils per-

mettent l'expansion de la pile 10 à la configuration repré-

sentée sur la figure 4. Des trajets protecteurs 60 et 61 sont appliqués à la surface 18 de l'ébauche 12 afin qu'ils relient l'encoche 54 à une zone 44 et l'encoche 56 à une zone 40. Plusieurs ouvertures 63 sont formées dans l'ébauche 12 afin qu'elles permettent le couplage des zones revêtues de

la matière protectrice les unes aux autres.

Une ouverture 64 est formée dans les feuilles 33a et 33b de couverture, les couches composites 22a et 22b

et les feuilles24a et 24b des ébauches 11 et 13 respective-

ment afin qu'elle assure la communication entre les encoches 54 et 56 et les parties internes des ébauches 11 et 13,

pour des raisons décrites dans la suite du présent mémoire.

La figure 3 représente la pile 10 montée dans un appareil 37 de formage (les trois pièces 11, 12 et 13 étant telles que représenté). Une bord continu unique de la pile 10 est retenu efficacement entre un cadre supérieur 72 et

un cadre inférieur 74 d'outillage de l'appareil 37 de forma-

ge. De cette manière, les parties des ébauches de la pile

qui doivent être formées sont étirées plutôt qu'embouties.

Le cas échéant, un dispositif supplémentaire de serrage, par exemple sous forme de boulons non représentés, peut être

utilisé afin qu'il retienne plus efficacement la pile 10.

D'autres dispositifs supplémentaires de serrage qui peuvent être utilisés sont constitués par une presse, de préférence hydraulique, ayant des plateaux 80. L'appareil 37 de formage est placé entre les plateaux 80 et est comprimé afin que la pile 10 soit bien maintenue, la chambre 82 du châssis supé-

rieur 72 étant séparée de manière étanche de l'atrmosphère.

Cette disposition est particulièrement avantageuse car les plateaux 80 peuvent être formés d'une matière céramique et les fils 84 de chauffage par résistance peuvent être formés

à l'intérieur afin qu'ils échauffent la pile 10 àla tempé-

rature de formage.

Un système de conditionnement est destiné à

empêcher la contamination et à assurer le soudage par diffu-

sion de la pile 10 dans l'appareil 37. Le rôle de ce système est d'exposer la pile 10 uniquement à un gaz inerte ou à du fluide lors du chauffage, du formage et du soudage, et d'assurer le soudage de la pile par diffusion à l'aide d'un

fluide sous pression. Les ébauches de la pile 10 ne réagis-

sent pas avec le gaz inerte étant donné son inertie, même aux températures élevées de formage et de soudage. Dans un vide poussé, il n'y a pratiquement aucun élément avec lequel la pile 10 pourrait réagir. Ainsi, une atmosphère de gaz

inerte ou de vide évite la contamination de la pile 10.

Une canalisation 92 est reliée à une réserve de

gaz inerte comprimé (non représentée) à une première extré-

mité et à la chambre 82 par l'orifice 94 formé dans le cadre supérieur 72. Une soupape 96 destinée à régler le débit de gaz inerte dans la canalisation 92, vers la chambre 82, et un manomètre 98 destiné à indiquer la pression sont aussi

incorporés. Le gaz inerte utilisé est de préférence l'argon.

La canalisation 92 constitue aussi une sortie de gaz inerte de la chambre 82 et peut être reliée à une source de vide, par exemple une pompe à vide non représentée destinée à

créer une dépression dans la chambre 82. Lorsque la cana-

lisation 92 est utilisée comme sortie, la soupape 96 règle

le débit de gaz inerte provenant de la chambre 82. Une cana-

lisation supplémentaire 100 est utilisée avantageusement -

de l'autre côté du cadre 72 de l'appareil 37 et constitue une sortie de gaz inerte de la chambre 82. La canalisation 100 est reliée à la chambre 82 par un orifice 104 formé dans le cadre 72. La canalisation 100 a une soupape 106 permettant la régulation du débit de gaz inerte provenant de la chambre

82. La canalisation 100 joue simplement le rôle d'un dispo-

sitif évent ou elle peut être reliée à une source de vide, par

exemple une pompe à vide non représentée.

Comme indiqué précédemment, le système destiné à empêcher la contamination peut aussi jouer le rôle d'un

dispositif de soudage par diffusion de la pile 10 par appli-

cation d'une pression à l'aide d'un gaz. Ainsi, lorsque la

pile 10 est placé dans l'appareil 37 de formage comme repré-

senté sur la figure 3, la pile peut être chauffée en atmos-

phère de gaz inerte, à une température convenant au soudage

par diffusion (environ 9250C lorsque les ébauches métalli-

ques de la pile 10 sont formées de l'alliage Ti-6Al-4V)

grâce à la chaleur dégagée par les plateaux chauffants 80.

Une pression est alors transmise à la pile 10 par augmenta-

tion de la pression dans la chambre 82 par introduction d'une quantité supplémentaire de gaz inerte comprimé par la canalisation 92, la canalisation 100 restant fermée par la soupape 106. Ainsi, les zones non traitées de la pile 10 sont soudées par diffusion étant donné l'application de cette pression qui est normalement comprise entre environ 7.105 et 4,2.106 Pa mais qui est de préférence d'environ 3,5.106 Pa dans le cas de l'alliage Ti-6Al-4V. Les durées de formage qui dépendent de l'épaisseur de la pile 10, peuvent varier de 30 min à 12 h. L'application de cette pression provoque aussi la consolidation des diverses feuilles des pièces il et 13, si bien que chaque ébauche

11 et 13 constitue une matière homogène ayant une ou plu-

sieurs couches internes d'armature filamentaire. Les bords des ébauches de la pile 10 peuvent aussi être soudés par diffusion le cas échéant, grâce à la pression de fermeture étanche appliquée soit par le poids du cadre supérieur 72, soit par ce poids augmenté de la pression exercée par une presse et/ou un dispositif de serrage. Après soudage de la pile 10 par diffusion, l'excès de gaz inerte est retiré de la chambre 82 par les canalisations 92 et 100 afin que la

pile 100 puisse subir une expansion par gonflage.

Une dépression peut être formée (avant soudage) à l'aide des canalisations 50 et 52, par couplage de ces canalisations à une pompe a - viae (non représentée) et par

ouverture des soupapes 110 et 112 de réglage afin que l'opé-

ration de soudage par diffusion soi-t acilitée. Non seule-

ment l'air compris entre les ébauches 71, 12 et 13 est retiré mais aussi l'air compris entre les feuilles formant les ébauches 11 et 13 est retiré par les ouvertures 64. Bien que

le soudage par diffusion e psence d'un gaz dans l'appa-

reil 37 soit un procédé avar xge>' il faut noter que la

pile 10 peut aussi subir un s age -ar: diffusion par pres-

sage en dehors de l'appare! e care avant sa mise en

place dans celui-ci.

tAvant que la p-i"! uise l 'exansion, la

press ion dans La cham'a- bre c2 It 1':- le'aide des cana-

li-sations 92 e190. - a A t.3:_ formage a l'état superpilastique qui ez n s:t F e-: p:se entre 900 et 950 C dans le cas de i'aiifa -ô - V-- i l, la pile 10 subit une expansion par inhroduic e z inerte comprimé par ies czanalisah.ions 50 et 52 c de Lrférence application

de vide dans la chambre 82, per Ga Janalisations 92 et 100.

Le gaz inerte comprimé qui protege.- t:é:rieur de la pile

contre la contamination aux téplrPatres élevées de for-

mage, quitte les tubes 50 et 52 p er es enzocres 54 et 56 et

le gaz inerte pénètre dans la cie i- c 7e gaz inerte compri-

mi de la pile 10 provoque la di!aation de celle-ci du fait de la différence de pressions entre l'intérieur de la pile

et la chambre 82. Cette difference de pressions normale-

ment utilisée pour le formage à i état superplastique de l'alliage Ti-6A14V est comprise entre 1,75.10 et

1,75.106 Pa.

L'ébauche 13 est initialement soulevée par la différence de pressions et elle tire avec elle les zones

choisies de l'ébauche 12 qui y sont raccordées. Cette ex-

pansion permet au gaz inerte comprimé de passer par les ouvertures 63 et de créer une pression égale dans la

pile 10 si bien que l'ébauche 12 est formée uniformément.

Cette pression régulière est aussi conservée dans l'ébauche 11, dans sa position initiale, lorsqu'elle est repoussée contre le

cadre inférieur 74 de l'outillage.

* Il faut noter que tout essai de formage pratique-

ment à l'état superplastique des parties internes 26b de

l'ébauche 13 provoque une rupture importante desfilaments.

Ce résultat est dé au fait que la matière du liant est à l'état superplastique alors que la matière des filaments ne l'est pas. A cet égard, la matière du liant s'allonge et des forces de tension élevées sont induites dans la matière filamentaire étant donné l'adhérence de la matière du liant, provoquant ainsi la rupture. Ceci est évidemment évité dans le procédé de l'invention par limitation de l'emplacement de

la matière filamentaire aux parties internes 26a de l'é-

bauche 13 dont la surface est choisie de manière qu'elle soit égale à celle de la partie plate 116 de la cavité 82 du cadre supérieur 72. Ainsi, comme l'indique la figure 12 qui est une coupe agrandie de la structure terminée 34 en

sandwich représentée sur la figure 4, la totalité pratique-

ment du formage à l'état superplastique est limitée aux par-

ties 30a des cadres qui subissent une expansion contre les parties inclinées 118 et 119 de la cavité 82. Comme l'ébau-

che il ne subit pas d'expansion dans cet exemple, les par-

ties internes 26a contenant la matière filamentaire peuvent

avoir une surface augmentée de la manière voulue.

Les figures 5 et 6 représentent l'utilisation d'un cadre inférieur 120 ayant une configuration différente

puisqu'il comporte une chambre 122 ayant des parties incli-

nées 124 et 126 et une partie plate 152. Les canalisations et 142 sont formées dans le cadre inférieur 120 afin qu'elles introduisent un gaz inerte dans la chambre 122 et

qu'elles constituent des dispositifs évents ou des canali-

sations d'aspiration lors de l'expansion de la pile 10 à l'état superplastique. La pression dans les deux chambres 82 et 122 utilisée pour le soudage par diffusion doit être

augmentée de préférence également afin qu'une pression con-

venable soit appliquée à la pile 10 et provoque le soudage par diffusion. Lors de l'expansion de la pile 10 à l'état superplastique, la pression dans la pile 10 est accrue par introduction d'un courant de gaz inerte comprimé dans la pile 10 par les canalisations 50 et 52 si bien que la pression dans la pile 10 est supérieure à celle qui règne dans les chambres 82 et 122. En outre, la pression dans ces

chambres est réduite et elles sont de façon optimale en dé-

pression, transmise par les canalisations 140, 142, 92 et 100.

Comme représenté sur la figure 6, comme les trois ébauches de la pile 10 subissent une expansion à l'état superplastique, chaque ébauche doit être formée d'une matière possédant des caractéristiques de superplasticité. Comme représenté, l'ébauche 13 est repoussée vers le haut dans la chambre 82 alors que l'ébauche il est repoussée vers le bas

dans la chambre 122 et l'ébauche 12, comme elle est raccor-

dée sélectivement à des emplacements spécifiés aux deux ébauches il et 12, se déforme dans les deux sens et forme l'âme de la structure sandwich comme représenté. Dans cet exemple, comme les deux ébauches il et 13 doivent subir une expansion, la matière filamentaire de l'ébauche 11 doit avoir

une étendue limitée à la partie plate 152 du cadre 120.

La figure 7 représente la disposition d'un tube de gonflage 210 par rapport à une pile 212 à quatre pièces

dans un appareil 213 de formage ayant des chambres supé-

rieure et inférieure 214 et 216. La pile 212 a des ébauches

externes 217 et 218 analogues aux ébauches il et 13 respec-

tivement, et deux ébauches d'âme 219 et 220. Un tube 210 de gonflage est placé dans une encoche 222 des ébauches 219 et 220, d'une manière analogue à l'encoche 54 représentée sur la figure 1, permettant le positionnement du tube 210 de gonflage entre les organes 217 et 218. Des ouvertures 230 sont formées afin qu'elles transmettent un gaz de gonflage dans l'une des zones 232 revêtue d'une matière de protection, dans laquelle aucun soudage n'est voulu. Les figures 8 et 9 représentent la structure sandwich 240 formée finalement

dans l'appareil de la figure 7.

La figure 10 représente l'appareil 37 de formage dans lequel une pile 250 à deux pièces seulement, comprenant

des ébauches 252 et 254, est représentée en place. Les ébau-

ches 252 et 254 ont une construction analogue à celle des ébauches Il et 13 représentées sur la figure 1. Lorsqu'un soudage par diffusion à la presse doit être utilisé, les ébauches 252 et 254 sont d'abord traitées sélectivement par une matière protectrice convenable afin que seules certaines

zones prédéterminées (la périphérie) de la pièce se raccor-

dent pendant la consolidation des diverses feuilles des ébauches 252 et 254. Cependant, il est avantageux que la

pile 250ne soit pas raccordée après introduction dans l'àp-

pareil 37. La pile 250 subit le soudage par diffusion (à sa périphérie) par application d'une pression par les cadres 72 et 74. Du gaz comprimé transmis dans la chambre 82 provoque la

consolidation des diverses feuilles des ébauches 252 et 254.

Des cavités non représentées qui délimitent des chambres cylindriques non représentées dans les ébauches 252 et 254 permettent aussi le Positionnement des tubes 50 et 52 de gonflage. Le gonflage de la pile 250 est réalisé comme dans les exemples précédents (pour la pile 10) si bien qu'il se

forme une structure dilatée à deux feuilles telle que re-

présenté sur la figure Il (la matière filamentaire de l'é-

bauche 254 étant limitée à la partie plate disposée contre

la surface 116).

A titre illustratif, on a représenté sur les

figures les deux ébauches externes munies de matière fila-

mentaire et ceci est le cas dans la plupart des structures.

Il faut cependant noter que cette caractéristique n'est pas indispensable et la matière filamentaire peut être limitée

à une seule des ébauches externes qui doit subir une expan-

sion. Dans le cas o la structure ne comprend que deux ébauches et o plusieurs parties doivent subir un formage à l'état superplastique (un exemple étant décrit dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique no 3 927 817),

les deux ébauches peuvent ainsi être formées mais le for-

mage qui dépasse un fléchissement minimal doit être limité

aux zones qui ne contiennent pas de matière d'armature.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims

REVEND ICAT IONS

1. Procédé de fabrication d'une structure métallique à partir de plusieurs pièces, caractérisé en ce qu'il comprend la disposition d'au moins un moule (72) ayant une surface complémentaire de la configuration de la structure, la disposition de plusieurs pièces (11, 12, 13) formant des ébauches métalliques et ayant de grandes faces opposées, l'une au moins de ces pièces (11, 13) étant une

pièce composite ayant plusieurs feuilles, cette pièce compo-

site au moins ayant deux feuilles de couverture (32a, 33a) et au moins une feuille interne (22a), une partie

au moins de la feuille interne (22a) étant formée d'une par-

tie armée (26a) qui est constituée d'une matière métallique formant un liant armée d'une matière filamentaire, ladite feuille interne au moins étant disposée entre les feuilles de couverture qui dépassent elle-mêmes de la périphérie de la partie armée (26a) si bien qu'elles délimitent une marge autour de la partie armée, les feuilles de couverture ayant des caractéristiques de superplasticité, le traitement des pièces (11, 12, 13) dans des zones choisies afin qu'elles ne puissent pas se souder dans ces zones, la disposition des pièces (11, 12, 13) sous forme d'une pile (10) par contact par leurs grandes faces,une pièce composite (11, 13) constituant une pièce externe, la fermeture d'une chambre (82) par disposition de la pile (10) de pièces par rapport audit moule au moins (72), le chauffage de la pile (10) dans une plage de températures qui suffit au soudage par diffusion des pièces

dans des zones prédéterminées non traitées, dans des condi-

tions convenables de température, de pression et de durée, l'application d'une compression à la pile (10) avec une valeur qui suffit au soudage par diffusion des pièces

(11, 12, 13),

le maintien de la pression et du chauffage pendant un temps qui suffit au soudage par diffusion des pièces dans

les zones choisies et à la consolidation de la pièce compo-

site externe sous forme d'une pièce unitaire ayant une par-

tie interne armée et une partie périphérique monolithique, cette partie périphérique monolithique se trouvant dans la région des marges, la partie interne armée comprenant la partie armée d'au moins une feuille interne de la pièce composite externe, et

l'application d'une pression aux faces principa-

les de la pièce composite externe afin qu'une contrainte de tension soit induite à l'intérieur et provoque le formage à

l'état superplastique d'une partie au moins de la partie pé-

riphérique monolithique placée dans la chambre, contre la

surface dudit moule au moins.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce composite externe (11, 13) est formée dans la chambre (82) et contre la surface du moule (72), et le formage de la pièce composite externe est tel que la flexion de la partie interne armée de la pièce composite externe est minimale.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface d'au moins un moule (72) a une configuration telle que la flexion de la partie interne armée de la pièce composite externe est minimale pendant le formage de la pièce

composite externe (11) contre la surface dudit moule au moins.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce

que la partie interne armée (26a) de la pièce composite exter-

ne (11) est sensiblement plate après le formage de la pièce

composite externe.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 et 3, ca-

ractérisé en ce qu'une feuille interne au moins (22a) compor-

te aussi une partie monolithique (30a) en forme de cadre ayant un trou central complémentaire de la périphérie de la partie armée (26a), cette dernière étant placée dans le trou

de manière que la partie formant le cadre entoure pratique-

ment la partie armée.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce

qu'une pièce composite au moins (11, 13) est consolidée pen-

dant l'étape de maintien de la pression, sous forme d'une pièce unitaire ayant une partie interne armée et une partie périphérique monolithique, cette dernière se trouvant dans la région de la marge, et la partie interne armée comprend

la partie armée (26a).

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en

ce qu'il comprend la fermeture d'une première et d'une se-

conde chambre (82, 122) par disposition de la pile par rap-

port à au moins un moule, les deux pièces externes (11, 13) de la pile étant des pièces composites et la pression est appliquée aux grandes faces des pièces composites externes afin qu'une partie au moins de la partie monolithique d'une pièce externe subisse une expansion à l'état superplastique dans la première chambre et contre la surface d'au moins un moule et qu'une partie au moins de la partie monolithique

de l'autre pièce externe subisse une expansion à l'état su-

perplastique dans la seconde chambre et contre la surface

d'au moins un moule.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend le formage d'une première pièce composite externe (11) dans la première chambre et contre la surface d'au moins un moule, et le formage de l'autre pièce externe (13) dans la seconde chambre et contre la surface d'au moins un moule de manière que la flexion de la partie interne armée

des pièces composites externes soit minimale.

9. Procédé selon l'une des revendication 5 et 8, ca-

ractérisé en ce que ladite plage de température convient au

formage à l'état superplastique.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit traitement est réalisé par application d'une

matière protectrice convenable, et l'application d'une com-

pression à la pile (10) est assurée par un fluide sous pres-

sion placé dans la chambre ou les chambres.