FR2531357A1 - Procede et moyen pour mouler des articles presentant une orientation cristalline predeterminee - Google Patents

Abstract

MOULE ET SON PROCEDE DE FABRICATION, LE MOULE ETANT DESTINE A LA PRODUCTION D'ARTICLES AYANT UNE ORIENTATION CRISTALLINE PREDETERMINEE ET COMPORTANT DES MONOCRISTAUX. LA TECHNIQUE FAIT APPEL A UN SUPPORT DE GERME OU BERCEAU 36 QUI EST INSERE DANS UNE OUVERTURE 40 DE FONDS DU MOULE 16 DE CERAMIQUE POUR PERMETTRE UNE ORIENTATION PRECISE D'UN OU PLUSIEURS GERMES 38 PAR RAPPORT A LA CAVITE DU MOULE 16 ET POUR FOURNIR UN CONTROLE DU PROCEDE DE SOLIDIFICATION PERFECTIONNE. LA TECHNIQUE FACILITE EGALEMENT LES OPERATIONS D'ASSEMBLAGE DU MODELE ET DE RETRAIT DU MODELE PENDANT LA FABRICATION DU MOULE DE CERAMIQUE 16.

Description

Procédé et moyen pour mouler des articles présentant une orientation

cristalline prédéterminée On peut utiliser diverses techniques pour produire des articles à cristal unique ou à monocristal tels que des aubes et des ailettes de turbines Un procédé habituel fait

appel à une zone de démarrage au fond du moule o se for-

ment plusieurs grains en colonne Un sélecteur de cristal "non linéaire" ou décalé transversalement (par exemple un passage en forme d'hélice), relie la zone de démarrage à la cavité de l'article et ce sélecteur assure que seul un grain en colonne croît dans la cavité de l'article On peut également produire des articles moulés à monocristal en utilisant des moules comprenant une "saillie élancée" et verticale au fond de la cavité de l'article (par exemple un "collet" linéaire décalé non transversalement) comme

décrit dans le brevet US NI 1 793 672 au nom de Bridgman.

Quand on désire des a 7 rticles (polycristallins à

grains en colonne) solidifiés directionnellement et clas-

siques, la zone de démarrage communique directement avec

la cavité de l'article (il n'y a pas dans ce cas de sélec-

teur de cristal) comme décrit dans les brevets US 3 248 764 au nom de Chandley, 3 260 505 au nom de Ver Snyder et

3 494 709 au nom de Pieracey.

Généralement, ces techniques sont limitées à la pro-

duction d'articles dont la-croissance "naturelle" du cris-

tal est directionnelle (par exemple la direction 4 001 > des métaux cubiques à face centrée et cubiques à corps centré)

orientés dans la dimension "longitudinale" de l'article.

Généralement, cette direction longitudinale est perpendi-

culaire à la plaque de refroidissement et/ou parallèle à la direction de la dissipation de la chaleur De plus,

quand on utilise ces procédés de fabrication d'un mono-

cristal, il peut être difficile ou impossible d'aligner

simultanément l'orientation secondaire du grain par rap-

port à une dimension "transversale" désirée pour l'article (c'est-à-dire orienter une direction brthogonale/ 0102

ou < 100 > à l'intérieur de la cavité de l'article).

On peut éviter ces limitations en utilisant des cris-

taux germes, comme décrit dans le brevet Bridgman sus-men-

tionné En bref, l'un des procédés de Bridgman utilise un moule dont la cavité se termine par -Un passage vertical dont l'extrémité constitue une ouverture du moule On insère des

cristaux germes ayant toute orientation primaire et/ou se-

condaire désirée dans l'ouverture, le métal liquide est

formé (ou de préférence versé) dans le moule et la solidi-

fication se déroule par croissance épitaxiale à partir du

germe (en présence d'un gradient de température longitudi-

nale) en utilisant des procédures évitant la nucléation

de nouveaux grains.

Il est bien connu de 1 'Homme de l'Art que l'utilisa-

tion efficace du procédé d'ensemen Ge Ment de Bridgman exige que les dimensions et la forme de l'ouverture du moule soient proches de la section transversale du cristal germe, à la fois pour éviter que le métal coule au-delà du germe et hors du moule, et pour éviter la nucléation de nouveaux grains dans des interstices compris entre le moule et le

germe De plus, il est également bien connu qu'il est géné-

ralement souhaitable, aussi bien pour des raisons techniques qu'économiques, d'utiliser des germes d'aire en section transversale relativement faible Ces considérations peuvent limiter l'utilité du procédé d'ensemencement de Bridgman des façons qui suivent: 1) Il peut être difficile ou impossible de disposer de place pour des déviations individuelles d'orientation cristallographique longitudinale de germes par rapport à

leurs enveloppes externes du fait qu'ils doivent correspon-

dre à une ouverture fixe du moule.

2) Il peut être difficile de positionner des germes de petit diamètre (par exemple de 0,76 mm) selon l'orientation

secondaire correcte, du fait de problèmes habituels de manu-

tention et de manipulation.

3) Quand on utilise des techniques de moulage de

c 6 ramique, ce qui est ce que l'on préfère-pour la produc-

tion d'aubes et d'ailettes de turbines solidifiées direc-

tionnellement, les limitations de reproductibilité dimen-

sionnelle des procéd 6 S de moulage de céramique habituels peuvent limiter la pr 6 cision du positionnement du cristal germe Ceci est particulièrement important quand il est nécessaire qu'il existe des rapports d 9 orientation précis

dans l'article moulé.

4) Egalement en ce qui concerne les moules de céra-

mique, il est difficile de réutiliser des germes du fait qu'après le retrait de la coquille et la découpe il faut trier, nettoyer et habituellement réinspecter des germes

du point de vue de l'orientation des grains, et les reposi-

tionner ensuite à l'intérieurd'un nuveau groupes 5) L'utilisation de passages et d'ouvertures du moule relativement petits par-rapport à la dimension de la cavité

de l'article, peut poser des problèmes de rigidité struc-

turelle pendant l'assemblage du modèle I 1 peut être néces-

saire d'utiliser des éléments accessoires (par exemple des barres de jonction en céramique) pour supporter le modèle 9 ce qui augmente le coût et le poids de l'ensemble, et dans

certaines circonstances peut compromettre les résultats tech-

niques pendant la solidification, en modifiant, par exemple, les caractéristiques de fluage à la chaleur ou en induisant -25 une nucléation indésirable de cristaux aux points de contact

avec la cavité de l'article.

6) Des passages et ouvertures de petites dimensions dans le moule peuvent également présenter des difficultés au cours du retrait du modèle (par exemple le déparaffinage)0 Habituellement, les matériaux du modèle se dilatent pendant le chauffage (par exemple, déparaffinage à la vapeur ou J

"brulage") et il est avantageux qu'il y ait plus d'une uni-

que ouverture relativement importante du moule Bien qu'il soit possible de déparaffiner avec succès plusieurs moules -en passant par le haut (par l'alimentation du métal), la présence d'une ouverture importante au fond du moule augmente

la vitesse et le rendement de l'opération, tout en rédui-

sant au minimum la probabilité de dégâts causés à la co-

quille.

7) Des passages et des ouvertures de petites dimen-

sions dans le moule peuvent limiter l'aire en section trans- versale du métal qui conduit la chaleur vers la plaque de

refroidissement Il est clair que cette limite peut égale-

ment exister avec de petits passages non linéaires et le brevet US 3 724 531 au nom de Erickson et autres enseigne

l'utilisation d'un procédé de construction de moule à dou-

ble paroi pour améliorer cette situation.

Il est clair pour l'Homme de l'Art que plusieurs parmi

ces restrictions deviennent plus onéreuses quand on uti-

lise des moules à cavités multiples ou quand on utilise

plus d'un seul germe avec une cavité d'un article.

La présente invention concerne un procédé et des moyens pour produire des articles ayant une orientation cristalline prédéterminée Le système de l'invention est particulièrement concerné par l'utilisation d'au moins un

cristal germe disposé dans une cavité d'un moule qui dé-

finit la forme de l'article à former Comme indiqué précé-

demment, on sait que l'on peut introduire un matériau tel que du métal fondu dans la cavité dans la région o se trouve le germe, la structure cristalline étant formée en

commençant à l'emplacement du cristal germe et en progres-

sant ensuite dans la totalité de la cavité du moule.

L'invention concerne particulièrement l'utilisation

de moules réalisés en préparant un modèle, puis en appli-

quant le matériau de formage du moule tel que des couches de céramique autour du modèle Quand on utilise de telles

techniques, le matériau du modèle est déchargé par un pas-

sage du moule qui est prévu pendant l'opération de fabri-

cation du moule Par exemple, quand le modèle est en cire, on prévoit un passage dans le moule pour éliminer la cire

fondue lorsque le moule s'est formé autour du modèle.

Comme expliqué, ce passage est de préférence prévu en plus du passage d'alimentation du métal prévu à la partie supérieure

du moule.

Le perfectionnement particulier apporté par l'invention

concerne l'étape de formage d'un passage du moule ayant une di-

mention en section transversale importante par rapport à la di- mention en section transversale correspondante du cristal ou

des cristaux germes devant être utilisés avec le moule Un ber-

ceau dont les surfaces de paroi externes sont dimensionnées

pour concorder avec les surfaces de paroi internes de ce pas-

sage du moule est disposé dans le passage du moule Le cristal germe est monté dans le berceau, et le berceau est disposé dans

le passage de manière que le cristal germe soit exposé à l'in-

térieur de la cavité du moule, ce qui permet de former la struc-

ture cristalline désirée en introduisant un matériau de formage

d'article dans la cavité du moule.

Il est possible de réduire ou d'éliminer les limitations indiquées cidessus en utilisant un berceau ou support de germe du type décrit Quand il s'agit en particulier de pièces coulées en métal, le berceau comprend un organe structurel

préformé, réalisé en céramique ou en un métal ou alliage quel-

conque à point de fusion relativement élevé, qui contient une ou plusieurs cavités contenant un ou plusieurs germes Le ou les germes peuvent être disposés avec précision par rapport à l'enveloppe externe du berceau et les uns par rapport aux

autres quand cela est possible Le passage du moule a des sur-

faces qui sont adaptées à celles du berceau, et ellesorientent

ainsi le berceau et le ou les germes qu'il contient par rap-

port à la cavité de l'article.

Selon un mode de réalisation de l'invention, lé ber-

ceau est mis en place lorsque la fabrication de la coquille est terminée Mais on comprendra que l'on puisse le mettre

en place immédiatement après le retrait du modèle si l'al-

liage germe est suffisamment réfractaire pour résister au

cycle de passage au feu du moule.

Selon un autre mode de réalisation, le berceau se présente sous la forme d'un cylindre ou d'un tube qui est

associé au modèle avant les étapes de fabrication du moule.

Après retrait du modèle, le berceau constitue un dispositif

de montage de dimensions précises pour un ou plusieurs cris-

taux.

On décrira maintenant brièvement l'invention en réfé-

rence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation d'un modèle d'un

type couramment utilisé pour la préparation de moules à uti-

liser pour la coulée d'une aube de turbine, La figure 2 est une vue en coupe verticale d'un moule

de céramique réalisé en utilisant un motif du type repré-

senté à la figure 1, La figure 3 est une vue en élévation verticale d'un modèle avec arrachement partiel et modifié selon une forme de réalisation de la présente invention, La figure 4 est une vue en coupe verticale montrant

un-moule de céramique modifié selon une autre forme de réa-

lisation de l'invention,

La figure 5 est une vue en coupe verticale représen-

tant une autre modification encore selon l'invention,

Les figures 6 A-6 D sont des vues respectives représen-

tant diverses formes de berceaux et de configurations de cristaux germes, La figure 7 est une vue en perspective d'un ensemble berceau et cristal germe modifié, La figure 8 est une vue en coupe verticale suivant 8-8 de la figure 7, La figure 9 est une vue en coupe horizontale suivant 9-9 de la figure 7, La figure 10 est une vue de dessus d'une forme modifiée du berceau et du cristal germe, La figure Il est une vue de dessus d'une autre forme modifiée du berceau et du cristal germe et La figure 12 est une vue en coupe verticale montrant

une autre modification encore selon la présente invention.

Les figures 1 et 2 représentent des structures de mo-

dèles et de moules de l'art antérieuro-Le modèle (l O)re-

présenté sur la figure 1 peut-être réalisé en cire et uti-

lisé pour la fabrication d'une aube de turbine Ce modèle comprend un prolongement ( 12) à sa partie supérieure, prévu pour former un passage d'alimentation du métal dans le moule Un autre prolongement ( 14) à la partie inférieure du modèle est prévu pour former un passage dans le moule

qui est utilisé en final pour éliminer le matériau du mo-

dèle après la formation du moule.

La figure 2 représente un moule ( 16) pouvant être formé par tout moyen connu Par exemple, le moule ( 16) peut être réalisé en plongeant un modèle ( 10) de façon répétée dans une boue de céramique pour constituer des couches de céramique autour du modèle Après passage au

feu, on obtient un moule comprenant un passage d'alimen-

tation de métal ( 18), un passage inférieur ( 20) et une ca-

vité intermédiaire ( 22)de formage de l'article O Le passa-

ge ( 20) est particulièrement utile en tant que moyen pour

-permettre l'élimination du matériau du modèle, par exem-

ple quand le matériau est constitué par de la cire ou toute autre substance pouvant 'tre amenée à l'état fondu et en

la laissant couler hors du moule-

Pour déterminer un moyen-convenant a l'élimination du matériau du modèle, le passage ( 20) doit présenter des

dimensions relativement importantes de manière que le ma-

tériau du modèle s'écoule librement hors du moule Mais comme indiqué précédemment, ceci pose des problèmes quand le moule doit être utilisé en conjonction avec un cristal germe qui doit être positionné avec précision par rapport à la cavité du moule et qui a de préférence un diamètre

relativement faible La disposition représentée aux fi-

gures suivantes montre des moyens pour éviter ces problè-

mes et limitations; La figure 3 représente un mode de réalisation de l'invention o un cylindre ou tube ( 24) est associé à un modèle ( 10) Ce cylindre peut être réalisé en un matériau céramique ou un métal à point de fusion élevé, et il est maintenu dans une position fixe par rapport aux autres parties du modèle On peut utiliser de la cire additionnelle ou tout autre matériau ( 26) pour positionner le cylindre ( 24) par rap- port au support sur lequel est monté le modèle pour être certain que le cylindre soit fixe par rapport au reste du modèle. Un raidisseur en céramique ou métal ( 28) s'étend à l'intérieur du modèle ( 10) pour lui apporter une rigidité

additionnelle pendant l'assemblage du modèle et les manipu-

lations Le raidisseur peut être utilisé en tant qu'option

en particulier quand le diamètre du cylindre ( 24) est fai-

ble par rapport à la dimension du modèle ( 10).

Après formation du moule ( 16) autour du modèle, le

matériau du modèle peut être éliminé par le passage d'ali-

mentation ( 18) et également par le passage ( 30) défini à l'intérieur du cylindre ( 24) Quand on utilise un raidisseur ( 28), celui-ci est automatiquement éliminé de la cavité du moule en même temps que le matériau du modèle L'ensemble

résultant est représenté à la figure 3.

L'ensemble de la figure 4 permet d'obtenir un moule avec un cylindre ( 24) comprenant un berceau pour un cristal

germe, comme envisagé par la présente invention On com-

prendra que le cylindre ( 24) en céramique ou en métal puisse être préformé avec une grande précision selon une section transversale désirée En conséquence, on peut facilement

disposer un cristal germe dans le passage ( 30) et en con-

trôlant les dimensions du cristal germe avec une égale pré-

cision, l'opération d'assemblage qui n'est pas compliquée

devient possible.

Bien que le berceau de la figure 4 ait été décrit en tant que "cylindre" ( 24), l'invention ne prévoit pas de limitations à la forme en section transversale de cet

organe Diverses formes sont possibles (et même souhaita-

bles dans certains cas) comme décrit par exemple en réfé-

rence aux figures 6 et 10.

Comme expliqué, il est souvent désirable que le cris-

tal germe soit orienté par rapport à la cavité du moule aussi bien en direction longitudinale que transversale Du fait que l'orientation du cristal peut être déterminée avant qu'il soit associé à la cavité, il est souhaitable de prévoir des moyens pour contrôler cette orientation

quand le cristal germe est inséré dans le berceau qui com-

prend le cylindre ( 24).

La figure Il représente un moyen pour contrôler cette orientation, le cristal germe ( 32) étant muni d'une face plate ( 34) Cette face est dimensionnée pour correspondre avec une face du cylindre ( 24), de manière que le cristal germe se présente toujours selon un rapport précis avec le cylindre ( 24) Pendant l'assemblage du modèle, l'ouvrier n'a besoin que d'orienter le cylindre ( 24) correctement par rapport au modèle, et il en résulte automatiquement l'orientation correcte du cristal germe par rapport au moule.

La figure 5 représente une forme modifiée de l'inven-

tion o un berceau ( 36) qui-supporte un cristal germe ( 38) est associé au moule ( 16) Dans ce cas, le berceau ( 36)est dimensionné pour correspondre aux dimensions du passage

( 40) formé pendant la fabrication du moule -Ainsi le ber-

ceau ( 36) N 2 est pas associé au moule tant que le matériau du modèle n'a pas été complètement éliminé En ce point,

on met le berceau en place.

Dans le mode de réalisation de la figure 5, la par-

tie du modèle qui est prévue pour former le passage ( 40)

est dimensionnée avec précision pour qu'il présente des di-

mensions en section transversale qui correspondent aux di-

mensions externes du berceau Ce berceau peut être facile-

ment fabriqué avec précision de manière à concorder avec

précision avec les dimensions internes du passage ( 40).

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L'assemblage du cristal germe ( 38) avec le berceau a lieu indépendamment des opérations de fabrication du moule, et ceci simplifie fortement le positionnement du cristal germe

par rapport à la cavité du moule.

Les modes de réalisation décrits simplifient égale- ment fortement les opérations de retrait du modèle du fait

que les passages du moule qui reçoivent les berceaux déter-

minent des passages disponibles pour l'élimination du ma-

tériau du modèle Ceci est particulièrement vrai pour le mode de réalisation de la figure 5 du fait que le diamètre du passage ( 40) peut être important même quand le cristal

germe ( 38) a un très petit diamètre.

Le mode de réalisation de la figure 5 peut également être conçu pour déterminer une orientation automatique du

cristal germe par rapport à la cavité du moule Comme mon-

tré à la figure 10, le berceau ( 36) peut être formé dans

la partie du modèle avant la formation du moule Le résul-

tat sera que le berceau ( 36) ne pourra 8 tre inséré dans le moule que dans une seule position, et les ouvriers peuvent alors contrôler l'orientation du germe en plaçant le germe

( 38) dans une position précise par rapport au berceau L'o-

rientation du germe par rapport au berceau peut être obtenue automatiquement en munissant les germes et les berceaux de

méplats comme représenté en 44, et comme discuté en réfé-

rence à la figure 11.

Un moyen additionnel ou différent pour obtenir l'o-

rientation peut être d'utiliser des indices tels que des flèches ( 46) formées sur un germe et/ou des flèches ( 48) formées sur un berceau On peut aligner les indices les

uns avec les autres, ou avec des indices tels que des ner-

vures ou des gorges formées dans un moule, ce qui détermine

un moyen visuel pour l'opérateur en vue de réaliser l'orien-

tation On comprendra qu'on puisse avoir recours à d'autres

moyens pour obtenir cette orientation, y compris ltutilisa-

tion d'autres indices ou l'utilisation d'encoches et de gorges. La géométrie des berceaux à germes et/ou des germes

peut se présenter selon de grandes variations Les figu-

res 6 A à 6 D représentent respectivement des berceaux ( 50, 52,54 et 56) montrant des formes pouvant être assumées par ces berceaux On notera en particulier en référence aux figures 6 C et 6 D que les berceaux peuvent contenir

plusieurs cristaux germes ( 58) et déterminer des empla-

cements multiples de croissance initiale du cristal à

l'intérieur d'un moule.

Comme montré aux figures 5 et 8, les cristaux ger-

mes ( 38) et ( 60) ont une longueur dépassant la longueur de l'alésage des berceaux respectifs O Le prolongement du

cristal germe augmente le choix des paramètres de la cou-

lée et a pour résultat la refusion contrôlée du germe et la croissance épitaxiale subséquente Les paramètres que

l'on choisit doivent éviter la formation de grains équi-

axiaux non souhaitables, par exemple par "refroidissement"

sur la surface du germe.

Mais il est également envisagé que le cristal germe se termine juste avant la jonction entre le passage du berceau et la cavité du moule Quand llextrémité exposée du cristal germe est située à peu de distance de cette jonction, le matériau qui forme l'article pénètre dans le passage pour venir en contact avec l'extrémité exposée et

commencer la formation de l'article.

Dans des circonstances normales, la surface du ber-

ceau qui communique avec la cavité de l'article en "pointe"

définirait un plan parallèle à la plaque de refroidisse-

ment Cette configuration facilite-la réutilisation des germes et des berceaux de-germes du fait qu'on peut les

découper facilement après la coulée et les réinsérer fa-

cilement dans un autre moule Mais dans certaines circons-

tances, il peut-être avantageux de donner à la surface de pointe du berceau une forme conique de manière qu'elle soit conforme à la pente de la partie de rampe adjacente de la surface interne de la cavité du moule, et à créer sensiblement un prolongement à cette partie de rampe Ceci est illustré par les surfaces coniques ( 62) représentées à la figure 5 et qui sont conformes à la pente des surfaces adjacentes ( 64) du moule Cette géométrie peut faciliter la croissance longitudinale et transversale simultanée d'un

monocristal dans la cavité du moule.

Les figures 7 à 9 représentent un autre type de cons-

truction o les berceaux à germe ( 66) qui sont réalisés en un matériau céramique sont munis de cavités internes Ces

cavités sont remplies d'un matériau de conductivité thermi-

que plus élevée tels que du sodium ou du cuivre métal On comprendra qu'au cours de la formation des monocristaux, il soit souhaitable d'éliminer la chaleur longitudinalement au

moyen d'une plaque de refroidissement ( 70), du type repré-

sente à la figure 5 L'agencement représenté aux figures 7 à 9 tend à augmenter le gradient de température longitudinal

et influencer également favorablement la vitesse de solidi-

fication On comprendra que l'on puisse utiliser d'autres moyens pour construire les berceaux et déterminer un tuyau

de "chaleur" et améliorer ainsi les conditions de la soli-

dification. Dans la modification de l'invention représentée à la figure 12, un moule ( 80) comprend une cavité de moule ( 72) dont l'axe longitudinal forme un angle par rapport à la verticale et est donc incliné par rapport à la plaque de refroidissement ( 78) Le berceau à germe ( 74) et le germe ( 76) sont orientés de manière que leurs axes longitudinaux soient parallèles à l'axe longitudinal de la cavité du

moule ( 72).

L'agencement représenté peut être utile pour amélio-

rer le bon état d'articles moulés solidifiés directionnel-

lement tout en conservant les avantages associés à l'utili-

* sation d'un cristal germe contenu dans un berceau à germe.

Plus spécifiquement et dans des circonstances normales, l'axe longitudinal de la pièce est disposé sensiblement perpendiculairement à la plaque de refroidissement (ou autre

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moyen de dissipation de la chaleur) et est ainsi parallèle à la direction de l'élimination de la chaleur Dans le tas d'une solidification d'un métal cubique à face centrée utilisant un germe< O 01 >par exemple, le cristal C Ol O qui en résulte croit parallèlement à l'axe longitudinal de la pièce. L'agencement de la figure 12 envisage des situations o les axes longitudinal de la cavité du moule,9 du berceau et du germe sont situés selon des angles autres que 90 par rapport à la plaque de refroidissement Des angles d'inclinaison aigus atteignant par exemple 15 environ (à partir de la perpendiculaire) peuvent constituer un moyen efficace pour améliorer le bon état d'un article moulé, en particulier dans des "Vcoins"V o les deux surfaces horizontales par ailleurs "aveugles V, comme c'est le cas des plate-formes d'aubes et d'ailettes de turbomachines a gaz, en permettant l'accès du v'métal d'alimentationt pen= dant la solidificationo On notera que dans ce type de si= uation loratioanion du berceau n'a pas besoin d'être parallèle a l'axe longitudinal de l'article V"inclinév et/ ou qu'il puisse tre souhaitable de choisir un cristal Zerme d'orientation lgèrement diff 6 rente pour v"compenser",

l'inclinaison de la cavité de l'article.

Il est également envisagé d'utiliser des angles d'in-

clinaison aigus ou obtus, allant par exemple jusqla 750, pour obtenir des orientations cristallines d'un article qui soient différentes de celles du germe O Par exemple, un

berceau contenant un germe DO 1 (avec u-e orientation se-

condaire correcte) pourrait être utilisé pour produire un article ayant une orientation <l (par rapport à son axe longitudinal) en inclinant la cavité du moule d'environ 54,7 par rapport à la plaque de refroidissement O

On peut également utiliser les divers berceaux dé-

crits en association avec un autre berceau (par exemple du type représenté sur la figure 4) Ainsi, le cylindre( 24) peut définir une ouverture qui correspond, en dimensions,

aux dimensions externes d'un berceau contenant un ou plu-

sieurs cristaux germes Ce dernier berceau peut alors être positionné à l'int 6 rieur du cylindre à un moment approprié quelconque avant l'introduction du matériau de moulage dans la cavité du moule. Comme indiqué ci-dessus et dans les références de l'art antérieur discutées plus haut, la présente invention

convient particulièrement à la coulée de métaux,9 en parti-

culier de métaux en super-alliages du type utilisé, par

exemple, pour la production d Iaubes et d'ailettes de tur-

bines Mais l'invention peut tre également appliquée à

d'autres transformations structurelles telles que la re-

cristallisation directionnelle et des changements de phase

solidevers solide.

Plus spécifiquement, i_ est envisagé de -placer dans la cavité du mouleune poudre, des flocons ou tout autre

matériau solide cristallin ou non cristallino TU tel maté-

riau dont une dimension au moins est de préférence infé-

rieure à environ 0,25 mm peut 'tre consolidé en utilisant des techniques telles qu'une pression isostatique à chaud,

un compactage dynamique ou un frittage, et peut 8 tre en-

suite recristallise directlonnellement et transformé a l é-

tat solide à l'int-érieur de la cavité du mouleo Le matériau pour former les berceaux peut 8 tre choisi parmi des matériaux de céranique du type uilisé dans cette technique, tels que de lallmine ou de la zirconeo La com=

position du cristal germe dépend naturellement de la comrpo-

sition de l'article à former dans le moule, bien qu'une du-

plication ne soit pas nécessaire Par exemple, on envisage l'utilisation d'un matériau à cristal germe "universel" (tel

que du nickel pur pour tous les alliages à base de nickel).

On peut aussi envisager, après avoir formé un premier passage avec un premier berceau et après avoir retiré le

modèle,de monter un second berceau dans ce passage et d'in-

sérer le cristal germe dans ce second berceau.

On comprendra, en outre, que l'on puisse apporter des

changements et des modifications au système décrit ci-

dessus qui présentent les caractéristiques de 1 'iinvntion,

sans s'écarter de son esprit.

Claims (37)

REVENDICATIONS

1 Procédé de production d'un article ayant une orien-

tation cristalline prédéterminée, au moins un cristal germe

( 32,38,58,60,76) étant positionné dans un moule ( 16,80) dé-

finissant une cavité ( 22,72) ayant la forme de l'article à former, le matériau pour former l'article étant introduit dans la cavité du moule, la structure cristalline étant formée en commençant à l'emplacement du cristal germe et en progressant ensuite dans la cavité du moule et le moule étant du type réalisé par le procédé consistant à préparer un modèle ( 10), appliquer du matériau du moule autour du modèle, et ensuite éliminer le modèle, caractérisé en ce que

pour positionner le cristal germe ( 32,38,58,60,76), il ton-

siste, en outre, à inclure dans le modèle une partie ( 14) de dimension en section transversale importante par rapport à la dimension en section transversale du cristal germe ( 32, 38,58,60,76), cette partie ( 14) du modèle ( 10) constituant un prolongement de la section du modèle utilisé pour former

la cavité du moule formant elle-même un passage ( 20-40 r) con-

duisant dans la cavité ( 22,72) du moule après élimination du modèle, à monter un berceau ( 24,36,50,52,54,56,66,74) dans le passage ( 20,40), le cristal germe étant monté dans le

berceau, ce qui fait que c e cristal germe est exposé au ma-

tériau de formage de l'article qui est introduit dans la ca-

vité ( 22,72) du moule pour la formation de'la structure cris-

talline.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que le matériau qui forme le modèle ( 10) est au moins par-

tiellement éliminé par le passage ( 20,40).

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à associer le berceau ( 24)

au modèle ( 10), à former le moule autour de la surface ex-

terne du berceau ( 24), ce qui permet au berceau de rester

associé au moule ( 16) après le retrait du modèle et à dis-

poser le cristal germe ( 38) dans le berceau ( 24) après re-

trait du modèle ( 10).

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce le berceau ( 24) est constitué par un organe en céramique définissant un passage interne ( 30), les surfaces externes du cristal germe ( 32) étant adaptées aux surfaces internes

du berceau ( 24).

5 Procédé selon la revendication 1, -caractérisé en ce qu'il comporte l'étape consistant à disposer le berceau ( 36) dans le passage ( 40) à la suite du retrait du matériau qui forme le modèle ( 10) de la cavité ( 22) du moule, le cristal

germe ( 38) étant monté dans le berceau ( 36) avant de dispo-

ser le-berceau dans le passage ( 40).

6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moule est constitué par un moule de céramique ( 16) nécessitant une étape de passage au feu à la suite du retrait

du modèle ( 10), le berceau ( 36) étant inséré après cette é-

tape de passage au feu.

7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à orienter le cristal germe ( 38) par rapport à la cavité du moule pour contrôler l'orientation cristalline longitudinale et transversale d'un

article à former.

8 Procédé de production d'un article ayant une orien-

tatîon cristalline prédéterminée, au moins un cristal germe ( 38) étant positionné dans un moule ( 16) définissant une

cavité ( 22) ayant la forme de l'article à former, le maté-

riau pour former l'article étant introduit dans la cavité

du moule, la structure cristalline étant formée en commen-

çant à l'emplacement du cristal germe ( 38) et en progres-

sant ensuite dans la cavité du moule et le moule étant du type réalisé par le procédé consistant à préparer un modèle ( 10), appliquer du matériau du moule autour du modèle, et

ensuite éliminer le modèle, caractérisé en ce qu'il com-

prend les étapes consistant à inclure dans le modèle ( 10)

une partie ( 14) de dimension en section transversale im-

portante par rapport à la dimension en section transversale du cristal germe ( 38), cette partie du modèle constituant un prolongement de la section du modèle ( 10) utilisé pour former la cavité ( 22) du moule ( 16) , à appliquer ledit matériau du moule autour du modèle ( 10), puis éliminer le

modèle et former ainsi la cavité du moule et former égale-

ment un passage ( 40) qui conduit dans ladite cavité ( 22) du moule, dans la région précédemment occupée par ladite partie du modèle, et à insérer un berceau ( 36) dans le passage ( 40), le cristal germe ( 38) étant inséré dans le berceau ( 36), ce qui fait que le cristal germe ( 38) est

exposé au matériau de formage de l'article qui est intro-

duit dans la cavité ( 22)du moule pour la formation de la

structure cristalline.

9 Procédé de production d'un article ayant une o-

rientation cristalline prédéterminée, au moins un cristal germe ( 32) étant positionné dans un moule ( 16) définissant une cavité ( 22) ayant la forme de l'article à former, le matériau pour former l'article étant introduit dans la cavité ( 22) du moule ( 16), la structure cristalline étant formée en commençant à leûàplacement du cristal germe ( 32) et en progressant ensuite dans la cavité ( 22) du moule ( 16)

et le moule étant du type réalisé par le procédé consis-

tant à préparer un modèle ( 10), appliquer du matériau du moule ( 16) autour du modèle ( 10), et ensuite éliminer le modèle ( 10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes

consistant à associer un berceau ( 24) préformé et à extré-

mité ouverte au modèle ( 10), le berceau créant un prolonge-

ment de la section du modèle ( 10) utilisé pour former la ca-

vité du moule, un passage ( 30) défini par ledit berceau ( 24), former la cavité du moule en appliquant le matériau du mouie autour du modèle ( 10), puis en retirant le modèle ( 10) et

en insérant un cristal germe ( 32) dans le passage ( 30) dé-

fini par le berceau ( 24), ce qui fait que ledit cristal germe ( 32) est exposé au matériau de formage de l'article qui est introduit dans la cavité ( 22) du moule ( 16) pour

la formation de la structure cristalline.

Procédé de production d'un article ayant une orientation cristalline prédéterminée, au moins un cristal

germe ( 38) étant positionné dans un moule ( 16) définis-

sant une cavité ( 22)ayant la forme de l'article à former, le matériau pour former l'article étant introduit dans la cavité ( 22) du moule ( 16), la structure cristalline étant formée en commençant à l'emplacement du cristal germe ( 38) et en progressant ensuite dans la cavité du moule et le moule étant du type réalisé par le procédé consistant à préparer un modèle ( 10), appliquer du matériau du moule

autour du modèle, et ensuite éliminer le modèle, caracté-

risé en ce qu'il comprend les étapes consistant à associer un berceau ( 24) préformé et à extrémité ouverte au-modèie ( 10), le berceau ( 24) créant un prolongement de la section du modèle ( 10) utilisé pour former la cavité ( 22) du moule, un passage ( 30) défini par ledit berceau, former la cavité

du moule en appliquant le matériau du moule autour du modè-

le ( 10), puis en retirant le modèle, à monter un second berceau, le cristal germe ( 38) étant inséré dans ce second berceau, et à insérer ce second berceau dans le passage ( 30), ce qui fait que le cristal germe ( 38) est exposé au matériau de formage de l'article qui est introduit dans

la cavité ( 22) du moule ( 16) pour la formation de la struc-

ture cristalline.

* I Procédé selon l'une quelconque des revendications

8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à orienter les cristaux germes par rapport à la cavité du moule pour contrôler l'orientation cristalline longitudinale, transversale ou longitudinale et transversale des articles

à former.

12 Procédé selon la revendication 8 ou 10, caractéri-

sé en ce que le moule ( 16) est constitué par un moule de cé-

ramique nécessitant une étape de passage au feu à la suite du retrait du modèle ( 10), le berceau ( 24) étant inséré dans

le passage ( 20) après l'étape de passage au feu.

13 Procédé selon la revendication 8 ou 10, caractérisé en ce que le matériau du modèle ( 10) qui forme la cavité du moule ( 16) est au moins partiellement éliminé

par le passage ( 20).

l 4 o Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le cristal germe ( 38) est placé dans le berceau

( 36) avant insertion du berceau dans le passage ( 40).

Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le cristal germe est placé dans le second berceau

avant insertion de ce second berceau dans le passage ( 30).

16 Procédé selon la revendication 9 ou 10,9 caracté-

risé en ce que le matériau du modèle ( 10) est disposé dans le passage ( 20), et en ce que le matériau du modèle ( 10)

est éliminé du passage ( 20) après formation du moule ( 16).

17 Procédé selon l'une quelconque des revendications

8, 9 ou 10, caractérisé en ce que lesdits berceaux sont ré-

alisés en un matériau choisi parmi les matériaux céramiques

et les métaux et alliages à haut point de fusion.

18 Procédé selon la revendication 9 ou 10, caracté-

risé en ce que le passage ( 30) reçoit au moins un raidis-

seur ( 28) en céramique ou en métal s'étendant dans le mo-

dèle ( 10) pour apporter une rigidité additionnelle pendant

l'assemblage du modèle ( 10) et les opérations de manipula-

tion, et en ce que le raidisseur ( 28) est éliminé de la

cavité ( 22) du moule ( 16) et du passage ( 30) pendant le re-

trait du modèle ( 10).

19 Procédé selon l'une quelconque des revendications

8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'étage con-

sistant à orienter le cristal germe ( 32,36) par rapport à la cavité ( 22) du moule ( 16) pour contrôler l'orientation cristalline longitudinale et transversale d'un article à

former, le berceau ( 24,36) ou le second berceau étant posi-

tionné dans le passage ( 20, 30,40) en utilisant des indices visuels ou géométriques tels que des marques ( 46,48) des

nervures ou des gorges.

20 Procédé selon la revendication 8, 9 ou 10, carac-

térisé en ce que l'article est formé par solidification et

est un monocristal.

21 Procédé selon la revendication 8, 9 ou 10, carac-

térisé en ce que l'article est formé par solidification et

est une structure à grain en colonne.

22 Procédé selon la revendication 8, 9 ou 10, carac- térisé en ce que l'article est formé en plaçant plusieurs éléments d'un matériau solide dont une dimension au moins est inférieure à 0,25 mm environ dans la cavité du moule,

à consolider ce Matériau solide et à recristalliser di-

rectionnellement ledit matériau solide.

23 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que l'article est for-

mé en plaçant plusieurs pièces d'un matériau solide dont une dimension au moins est inférieure à 0,25 mm environ dans ladite cavité du moule, à consolider le matériau

solide et à transformer à l'état solide le matériau solide.

24 Procédé selon la revendication 22, caractérisé

en ce que l'article est une structure à grain en colonne.

Procédé selon la revendication 23, caractérisé

en ce que l'article est une structure à grain en colonne.

26 Procédé selon la revendication 20, caractérisé

en ce que l'article est constitué par un composant de mo-

teur qui résiste à un fonctionnement à des températures élevées et qui est formé à partir d'un élément choisi parmi le groupe consistant en alliages à base de nickel, cobalt et fer, 27 Procédé selon la revendication 21, caractérisé

en ce que l'article est constitué par un composant de mo-

teur qui résiste à un fonctionnement à des températures

élevées et qui est formé à partir d'un élément choisi par-

mi le groupe consistant en alliages à base de nickel,

cobalt et fer.

28 Procédé selon la revendication 22, caractérisé

en ce que l'article est constitué par un composant de mo-

teur qui résiste à un fonctionnement à des températures élevées et qui est formé à partir d'un élément choisi parmi le groupe consistant en alliages à base de nickel,

cobalt et fer.

29 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que plus-ieurs cris-

taux germes ( 58) sont associés au berceau en vue d'être

exposés au matériau de formage de l'article.

Procédé selon l'une quelconque des revendications

1, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que l'extrémité exposée du cristal germe ( 38) est disposée à l'intérieur du passage ( 40), ce qui fait que le matériau de formage de l'article pénètre dans le passage pour venir en contact avec cette

extrémité exposée.

31 Procédé selon l'une quelconque des revendications

1, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à positionner le moule ( 16, 80) sur une surface de refroidissement ( 70,78) , et à positionner l'axe du moule

selon un angle par rapport à une ligne s'étendant vertica-

lement en s'éloignant de la surface de refroidissement ( 70, 78), ce qui fait que le moule ( 16) est incliné par rapport

à la surface de refroidissement ( 70,78).

32 Procédé selon la revendication 31, caractérisé en ce que l'axe longitudinal du berceau ( 74) et du cristal

associé ( 76) est sensiblement parallèle à l'axe longitu-

dinal prévu pour le moule ( 80).

33 Moule destiné à la production d'un article ayant une orientation cristalline prédéterminée, au moins un cristal germe ( 32, 38, 58,60,76) étant positionné dans un moule ( 16,80), le moule définissant une cavité ( 22) ayant la forme de l'article à former, le matériau pour former

l'article étant introduit dans la cavité du moule, la struc-

ture cristalline étant formée en commençant à l'emplace-

ment du cristal germe et en progressant ensuite dans la ca-

vité du moule, et le moule ( 16,80) étant du type réalisé

par le procédé consistant à préparer un modèle ( 10), ap-

pliquer du matériau du moule autour du modèle ( 10) et ensuite éliminer le modèle, caractérisé par des moyens pour positionner le cristal germe par rapport au moule, ces moyens comprenant un passage ( 20,30,40) défini à proximité de la cavité ( 22) du moule, ce passage ayant une dimension

en section transversale importante par rapport à la dinien-

sion en section transversale du cristal germe, et consti- tuant un prolongement de la cavité ( 22) du moule, et un berceau ( 24,36,50,52,54, 56,66,74) disposé dans le passage, le cristal germe étant monté dans ce berceau, ce qui fait que le cristal germe est exposé dans la cavité du moule

pour la formation de la structure cristalline.

34 Moule selon la revendication 33, caractérisé en ce que le passage ( 20, 30940) a une dimension suffisamment importante pour que le matériau formant le modèle puisse

être au moins partiellement éliminé par lui -

35 Moule selon la revendication 33, caractérisé en ce que le berceau est constitué par un organe en céramique ( 24,36) définissant un passage interne ( 30), les surfaces

externes du cristal germe ( 32,38) étant adaptées aux sur-

faces internes du berceau.

36 Moule selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour orienter le cristal germe ( 32) par rapport à la-cavité ( 22) du moule pour contr 8 ler

l'orientation de la cristallisation longitudinale et trans-

versale de l'article à former.

37, Moule selon la revendication 333, caractérisé en ce que des méplats concordants ( 34,42,44) sont définis par au moins l'une des paires constituées par le cristal germe ( 32) et le berceau ( 24,36) et le berceau et le passage du moule ( 20,40), pour obtenir lesdits moyens d'orientation

du cristal germe par rapport à la cavité du moule.

38 Moule selon la revendication 36, caractérisé en ce que des indices ( 46,48) sont définis par au moins l'un des éléments constitués par le cristal germe ( 32,38), le berceau ( 24,36) et le moule ( 16)9 pour obtenir lesdits moyens d'orientation du cristal germe par rapport à la

cavité ( 22) du moule.

39 Moule selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il définit des parties de surface ( 64) s'étendant angulairement vers le haut et en s'éloignant du passage

( 40), les surfaces du cristal germe ( 38) exposées à l'in-

térieur de la cavité ( 22) du moule ( 16) ayant une inclinai- son qui correspond à l'inclinaison des surfaces ( 64) du moule. Moule selon la revendication 33, caractérisé en

ce que le cristal germe ( 38) fait saillie au-delà du ber-

ceau ( 36) à l'intérieur de la cavité ( 22) du moule ( 16).

41 Moule selon la revendication 33, caractérisé en ce que l'extrémité exposée du cristal germe ( 38) s'étend jusqu'à peu de distance de la jonction du passage ( 40) et

de la cavité ( 22) du moule.

42 Moule selon la revendication 33, caractérisé en

ce qu'il est constitué par un moule de céramique nécessi-

tant une étape de passage au feu à la suite du retrait du modèle. 43 Moule selon la revendication 33, caractérisé en ce que le cristal germe est placé dans un premier berceau,

et en ce qu'il comprend un second berceau, le passage é-

tant défini-par le second berceau 1 et le premier berceau ainsi que le cristal germe associé étant ainsi reçus à

l'intérieur du second berceau.

44 Moule selon la revendication 33 ou 43, caracté-

risé en ce que les berceaux sont réalisés en un matériau choisi parmi les matériaux de céramique et les métaux et

alliages à haut point de fusion.

Moule selon la revendication 33 ou 43, caracté-

risé en ce que le passage ( 30) reçoit au moins un raidis-

seur ( 28) en céramique ou en métal et s'étendant dans le modèle ( 10) pour lui apporter une rigidité additionnelle

pendant l'assemblage du modèle et les opérations de manu-

tention, et ce ce que ledit raidisseur ( 28) est éliminé de

la cavité ( 22) du moule et du passage ( 30) pendant l'éli-

mination du modèle.

46 Moule selon la revendication 33 ou 43, caracté-

risé en ce que plusieurs cristaux germes ( 58) sont asso-

ciés au berceau en vue de leur exposition au matériau

de formage de l'article.

47 Moule selon la revendication 33, caractérisé en ce qu'il comprend une surface de refroidissement ( 70,78) supportant le moule ( 16,80), l'axe longitudinal du moule

étant disposé selon un angle par rapport à une ligne s'é-

tendant perpendiculairement en s'éloignant de la surface de refroidissement ( 70,78) et qui incline le moule ( 16,80) par rapport à la surface de refroidissement; 48 Moule selon la revendication 47, caractérisé en

ce que l'axe longitudinal dudit berceau ( 36,74) et du cris-

tal associé ( 38,76) est disposé sensiblement parallèlement

à l'axe longitudinal du moule ( 16,80).