FR2970266A1 - Procede de fabrication d'une piece metallique annulaire monobloc a insert de renfort en materiau composite, et piece obtenue - Google Patents

Abstract

Le procédé de fabrication d'une telle pièce (1), incorporant un insert de renfort (11) issu d'au moins une fibre en matériau composite enduite de métal, consiste à : - former une ébauche (E) de ladite pièce par superposition, autour d'un mandrin cylindrique rotatif (5), de couches de fil métallique (7) et de couches de fibre enduite (10), lesdites couches de fibre composite enduite étant disposées dans l'ébauche selon l'emplacement dudit insert dans la pièce, - placer l'ébauche (E) dans un outillage de réception (24), et appliquer à l'ébauche un traitement de compaction isostatique à chaud, et - extraire l'ébauche traitée (E) de l'outillage de réception (24) et, le cas échéant, usiner l'ébauche traitée pour obtenir ladite pièce métallique annulaire monobloc (1) à insert de renfort (11).

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce métallique annulaire monobloc à insert de renfort en matériau composite. On sait que, notamment dans le domaine de l'aéronautique, un objectif constant est l'optimisation de la résistance des pièces pour une masse et un encombrement minimaux. Certaines pièces peuvent désormais comporter un insert en matériau composite à matrice métallique, la pièce pouvant être par ailleurs monolithique. Un tel matériau composite comporte une matrice d'alliage métallique, par exemple d'alliage de titane Ti, au sein de laquelle s'étendent des fibres, par exemple des fibres céramiques de carbure de silicium SiC. De telles fibres présentent une résistance en traction bien supérieure à celle du titane (typiquement, 4000 MPa contre 1000 MPa). Ce sont donc les fibres qui reprennent les efforts, la matrice d'alliage métallique assurant une fonction de liant avec le reste de la pièce, ainsi que de protection et d'isolation des fibres, qui ne doivent pas entrer en contact les unes avec les autres. En outres, les fibres céramiques sont résistantes à l'érosion, mais doivent nécessairement être renforcées par du métal. Ces matériaux composites sont, par exemple, utilisés dans la fabrication de disques ou anneaux à aubes monoblocs pour rotor de compresseur ou turbine de turbomachine, désignés également sous l'abréviation DAM ou ANAM. Pour obtenir un tel insert de renfort en matériau composite, on forme préalablement des fils dits « fils enduits », comprenant une fibre de céramique enduite de métal. Le métal donne au fil l'élasticité et la souplesse nécessaires à sa manipulation. De préférence, un fil très fin de carbone ou de tungstène s'étend au centre de la fibre, le long de son axe, ce fil de carbone est enrobé de carbure de silicium tandis qu'une fine couche de carbone est prévue à l'interface entre la fibre et le métal, pour assurer une fonction de barrière de diffusion et de tampon lors de la relaxation thermique différentielle qui intervient au moment du refroidissement du métal liquide déposé sur la fibre.

Pour fabriquer une pièce annulaire monobloc comme un disque aubagé, on connaît, préalablement au procédé à insert de renfort en matériau composite, le procédé par forgeage (voir FR 2 901 305) qui implique plusieurs opérations de forgeage dans une masse (lopin) de métal pour obtenir une pièce préformée, qualifiée de pré-usinée, puis plusieurs opérations d'usinage pour réaliser notamment les aubes et la plate-forme commune de celles-ci. Un tel procédé, bien que donnant au final une pièce structurellement et fonctionnellement satisfaisante, a un coût de fabrication particulièrement élevé et une masse importante. Pour pallier notamment les inconvénients du procédé ci-dessus, on fait appel à des procédés de fabrication utilisant les matériaux composites précités à intégrer dans des conteneurs métalliques (voir, par exemple, FR 2 886 290 et 2 901 497 au nom de la Demanderesse). Pour cela, un procédé de fabrication connu d'un disque de rotor pour turbomachine à insert de renfort en matériau composite (FR 2 901 497) consiste : - à définir un conteneur métallique comprenant deux blocs annulaires coaxialement superposés, respectivement extérieur et intérieur, et deux flasques annulaires latéraux, lesdits blocs et lesdits flasques délimitant entre eux une cavité annulaire, - à positionner un insert précité dans la cavité, - à soumettre l'ensemble ainsi constitué à une opération de compaction isostatique à chaud, pour former une ébauche monobloc, et - à usiner le disque de rotor précité dans ladite ébauche. Bien que ce procédé permette d'obtenir une pièce annulaire à insert composite, contribuant à améliorer les caractéristiques mécaniques de la pièce et à réduire sa masse, il est nécessaire d'usiner au final le conteneur pour réaliser le disque complet, c'est-à-dire sa partie formant jante ou couronne et sa partie périphérique à aubes et plate-forme, ce qui implique des coûts importants, des postes d'outillage spécifiques et des temps de fabrication en conséquence. De plus, la réalisation initiale du conteneur en blocs et flasques annulaires exigent également des opérations longues et coûteuses qui se répètent puisqu'un conteneur est nécessaire pour chaque disque aubagé monobloc à fabriquer. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un procédé de fabrication d'une pièce métallique annulaire monobloc telle que, dans l'application préférentielle, un disque ou anneau aubagé de rotor de turbomachine, incorporant au moins un insert de renfort issu d'au moins une fibre en matériau composite (en céramique ou analogue) enduite de métal. A cet effet, le procédé de l'invention du type ci-dessus est ~o remarquable en ce qu'il consiste à : - former une ébauche de ladite pièce par superposition, autour d'un mandrin cylindrique rotatif, de couches de fil métallique et de couches de fibre enduite, lesdites couches de fibre enduite étant disposées dans l'ébauche selon l'emplacement dudit insert dans la pièce, 15 - placer l'ébauche dans un outillage de réception, et appliquer à l'ébauche un traitement de compaction isostatique à chaud, et - extraire l'ébauche traitée de l'outillage de réception et, le cas échéant, usiner l'ébauche traitée pour obtenir ladite pièce métallique annulaire monobloc à insert de renfort. 20 Ainsi, grâce à l'invention, on obtient une pièce annulaire monobloc à moindre coût puisqu'elle est constituée initialement et en totalité d'enroulements de fil métallique et fibre composite, sans recourir, dans l'application préférentielle, aux opérations de conception et de fabrication longues et coûteuses des blocs et des flasques, puis aux opérations 25 d'usinage finales sur la totalité de la pièce obtenue. Selon l'invention, après le passage dans l'outillage de réception et de traitement ayant entraîné le fluage du fil métallique et du métal d'enrobage des fibres, on forme une pièce métallique homogène constituant directement le conteneur de l'art antérieur sans les inconvénients précités, seule une opération d'usinage des aubes 30 dans la partie périphérique de l'ébauche annulaire étant principalement effectuée pour obtenir la pièce.

De préférence, on effectue à froid, à la température ambiante, l'enroulement du fil métallique et de la fibre en matériau composite, ce qui ne nécessite pas d'installation complexe pour la mise en oeuvre des étapes concernées du procédé. Et, avantageusement, le fil métallique utilisé est obtenu, par exemple, par tréfilage et est du même métal que celui de la fibre enduite. Cependant, tout fil obtenu autrement que par tréfilage pourrait être bien entendu envisagé. Par fil métallique, on entend aussi bien un même fil continu tout du long du procédé qu'une pluralité de fils mis successivement bout à bout. Le fil métallique peut être par ailleurs individuel ou se présenter sous forme d'une nappe ou d'un ruban de plusieurs fils parallèles ou entrelacés, d'un câble, d'un tissu de fils unidirectionnel, etc.. sans sortir du cadre de l'invention. De plus, on enroule le fil métallique et la fibre en matériau composite sensiblement orthogonalement à l'axe du mandrin cylindrique rotatif, de manière à orienter celle-ci dans la bonne direction vis-à-vis de l'effort centrifuge exercé par la suite sur le disque en fonctionnement. En particulier, on agence les couches de la fibre composite sur une zone partielle médiane de l'étendue du fil métallique enroulé autour du mandrin cylindrique, et radialement proche de ce dernier. Ainsi, l'insert de renfort se trouve au coeur de la partie de jante de la pièce monobloc obtenue. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à un tel emplacement médian de l'insert, ce dernier pouvant être situé ailleurs dans la pièce, ni à la présence d'un seul insert. En effet, la pièce à obtenir peut comporter, si cela s'avère nécessaire, plusieurs inserts de forme et dimension différentes ou identiques, agencés en divers emplacements de celle-ci, lesdits inserts étant obtenus à partir de couches de fibre composite enduite disposées dans les couches de fil métallique de l'ébauche. De préférence, les couches de fils métalliques sont maintenues solidaires entre elles par des moyens de liaison, de manière à obtenir une ébauche qui peut être manipulée jusqu'à son introduction dans ledit outillage. Ainsi, on peut retirer sans risque l'ébauche annulaire constituée des couches de fil métallique, du mandrin cylindrique, pour son transfert vers l'outillage de traitement. Par exemple, les moyens de liaison sont obtenus par soudage, notamment électrique, par points, ou sont formés de feuille(s) de métal enserrant les enroulements de fil métallique.

Selon une autre caractéristique, pour faciliter le montage des couches de fil notamment pour des largeurs (ou épaisseurs) importantes de pièces, on agence autour du mandrin cylindrique, deux flasques transversaux espacés parallèlement l'un de l'autre et entre lesquels sont montés les enroulements formant les couches de spires jointives de fil métallique.

Par ailleurs, on peut ménager avantageusement dans les flasques, des décrochements permettant de recevoir des enroulements de fil métallique, et correspondant à des changements de section de la pièce annulaire à obtenir. On peut également prévoir d'autres flasques annulaires se superposant aux flasques précédemment montés et ayant un espacement ou profil différent représentatif d'un changement de section ou de forme de la pièce à obtenir au fur et à mesure de la réalisation de l'ébauche par le fil métallique. Ainsi, le procédé n'est pas limité à une forme annulaire basique d'une pièce, mais permet d'obtenir diverses formes annulaires complexes (étagées, coniques, etc...) de pièces par des enroulements successifs de fils métalliques/fibres composites métalliques, avec réduction de coûts importante par diminution du nombre d'opérations (plusieurs pièces pouvant être fabriquées simultanément dans l'outillage de réception et de traitement comme on le verra ultérieurement). On peut également incorporer directement dans l'outillage de réception et de traitement, le mandrin cylindrique, les flasques annulaires et l'ébauche à fil métallique et fibre composite. L'invention concerne également la pièce annulaire monobloc obtenue après la mise en oeuvre du procédé tel que mentionné ci-dessus. Dans l'application préférentielle quoique non exclusive de l'invention, la pièce annulaire monobloc présente une partie de jante à insert de renfort et une partie périphérique pour définir, avantageusement, après une étape d'usinage de la partie périphérique, un disque aubagé de rotor pour turbomachine. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Les figures 1, 2, 3 et 4 montrent schématiquement les principales étapes du procédé selon l'invention pour réaliser une pièce annulaire telle que, dans cet exemple, un disque aubagé monobloc à insert de renfort en matériau composite.

La figure 3A montre un agencement différent des flasques transversaux lors du montage des couches de fil métallique. La figure 4A est une variante de réalisation de l'outillage de réception et de traitement de l'ébauche. La figure 5 représente, en perspective partielle, le disque aubagé 15 monobloc obtenu après mise en oeuvre du procédé. Les figures 6A, 6B et 6C représentent, de façon schématique et partielle, divers agencements et formes d'inserts de renfort. Le procédé selon l'invention a pour but la fabrication d'une pièce métallique annulaire monobloc 1 uniquement à partir d'éléments allongés 20 sous forme de fils, fibres et analogues. Dans l'exemple de réalisation montré en regard de la figure 5 et qui sera décrit ci-après, la pièce annulaire monobloc 1 est destinée à définir, après la mise en oeuvre du procédé, un disque ou un anneau aubagé pour rotor (compresseur ou turbine) de turbomachine, comprenant usuellement une 25 partie de jante ou couronne 2 et, autour de celle-ci, une partie périphérique extérieure 3 d'où sont issues, après usinage, les aubes. Le procédé consiste à former progressivement une ébauche E de la pièce à obtenir 1 par superposition de couches de fil métallique 7 et de couches de fibre composite 10, par exemple céramique, enduite de métal et disposée dans l'ébauche E 30 selon l'emplacement de l'insert de renfort 11 dans la pièce.

Dans une première étape illustrée schématiquement sur la figure 1, le procédé consiste à utiliser un mandrin cylindrique rotatif 5 d'axe longitudinal X et à enrouler autour de la surface latérale 6 de celui-ci, au moins un fil métallique 7. Compte tenu de l'application de la pièce 1 au domaine aéronautique, le fil métallique 7 est réalisé en un alliage de titane de type TA6V ou 6242 assurant résistance thermomécanique et légèreté, et il est obtenu notamment par tréfilage de manière à pouvoir en disposer sous forme de bobine ou de dévidoir duquel est tiré le fil (à la place du bobinage, les couches de fil(s) peuvent être aussi déposées, comme les fibres composites d'ailleurs, sous forme de nappe, tissu, etc...). Dimensionnellement, son diamètre dépend de la pièce à obtenir et peut être, par exemple, de l'ordre de 2/10è" de millimètre, de sorte que la diminution de volume par suite du traitement de compaction isostatique à chaud, comme on le verra ultérieurement, est minimale, les vides entre les spires jointives et superposées en couches autour du mandrin étant plus ou moins faibles selon l'empilement carré ou hexagonal des spires. Ce fil tréfilé métallique issu d'une bobine non représentée est amené, de façon sensiblement perpendiculaire à l'axe X, autour de la surface latérale 6 du mandrin cylindrique 5 sur une étendue ou longueur prédéterminée correspondant à la largeur (ou épaisseur) L que l'on souhaite obtenir, après fabrication, pour la partie de jante 2 du disque, en formant ainsi plusieurs spires jointives bobinées 8, et sur plusieurs couches superposées prédéterminées, de manière à progressivement réaliser en premier la partie de jante 2.

Puis, lorsque l'épaisseur voulue de couches de spires 8 est atteinte, on vient enrouler, sur la couche extérieure apparente C du fil métallique 7, la fibre 10 en matériau composite enduite de métal, comme le montre la figure 2. Cette fibre 10 est continue et provient, là aussi, d'une ou de plusieurs bobines avec une orientation de la fibre sensiblement perpendiculaire à l'axe X du manchon cylindrique 5. Pour rappel, la fibre 10 en matériau composite, qui est destinée à former l'insert de renfort 11 de la pièce annulaire, présente une âme en carbure de silicium (SiC) dans cet exemple, enduite d'une matrice métallique qui est de même nature que celle constituant le fil notamment tréfilé. Dimensionnellement, le diamètre de la fibre composite est de l'ordre de 0,25 à 0,30 millimètre avec un diamètre de l'âme d'environ 0,15 millimètre.

Bien entendu, les valeurs ne sont données qu'à titre d'exemple et pourraient être différentes selon le type de pièce à réaliser, de même que la matière de la matrice. La fibre en matériau composite enduite de métal 10, illustrée ici comme étant individuelle, pourrait, au même titre que le fil, se présenter différemment, par exemple sous forme de câble, nappe, ruban ou tissu incluant plusieurs fibres unidirectionnelles (parallèles). On voit, sur la figure 2, que l'enroulement en spires jointives bobinées 12 de la fibre composite métallique 10 s'étend sur une distance L1 en partie médiane de la couche apparente C du fil métallique tréfilé 7, laissant libres deux zones latérales d'extrémité 14, 15 dimensionnellement identiques. A titre d'exemple, l'étendue L1 de la couche des spires jointives 12 de la fibre composite 10 est de l'ordre de 200/0 à 700/0 de l'étendue L du fil métallique tréfilé. L'enroulement de la fibre composite 10 se poursuit pour former les spires bobinées 12 des n couches superposées et égales, jusqu'à atteindre la hauteur H prédéterminée de sorte à obtenir, dans l'ébauche E, l'emplacement futur dans la pièce de l'insert de renfort 11 à section rectangulaire, comme le montre la figure 3. En particulier, de façon concomitante à l'enroulement de la fibre 10 (ou d'une nappe de fibres 10) en matériau composite, se poursuit l'enroulement du fil métallique 7 respectivement de part et d'autre de la fibre composite ainsi bobinée. Par exemple, le fil métallique 7 ayant servi à l'enroulement des spires 8 des premières couches, continue à être utilisé pour « monter » les couches de spires jointives bobinées 8 sur l'une, 14, des zones latérales libres, et un autre fil métallique tréfilé, identique au précédent, est alors utilisé pour l'enroulement des couches de spires jointives bobinées 8 pour l'autre zone latérale libre 15. Cette façon de procéder n'est pas, bien sûr, limitative. Par ailleurs, on pourrait également effectuer l'un après l'autre le bobinage de la fibre formant l'insert, puis les bobinages des zones latérales de fil métallique, ou inversement, sans sortir du cadre de l'invention. Une fois les zones latérales 14, 15 comblées par les enroulements, l'un des fils métalliques continue alors de s'enrouler en spires jointives 8, sur toute la largeur L en recouvrant ainsi l'insert de renfort 11 réalisé, et cela sur le nombre de couches nécessaire. De plus, comme le montrent les figures 1 à 3, pour pouvoir réaliser des changements de section en fonction de la forme géométrique de la pièce à obtenir et faciliter la mise en place des couches superposées en formation de spires jointives bobinées, deux flasques annulaires et espacés parallèlement l'un par rapport à l'autre 16, 17 sont montés transversalement autour dudit mandrin cylindrique 5. Entre ces flasques sont effectués les enroulements des couches de spires jointives 8 de fil métallique 7. L'écartement entre les flasques annulaires transversaux 16, 17 est déterminé pour permettre l'obtention de la largeur L de la pièce 1 à ce niveau à partir du fil métallique enroulé entre les flasques et dans lequel est progressivement noyée la fibre enroulée en matériau composite 10 formant par la suite l'insert de renfort 11. Ces flasques 16, 17 peuvent être notamment métalliques et/ou en matières plastiques et on remarque, dans l'exemple de la figure 3, qu'ils présentent des décrochements annulaires périphériques 18, 19 en opposition l'un de l'autre pour permettre la mise en place d'enroulements de couches superposées de spires jointives 8 à partir de fil métallique tréfilé 7 et d'augmenter en largeur l'étendue L des enroulements. Ces derniers sont destinés à former, dans le cas présent, la plate-forme 20 de la partie de jante 2 du disque aubagé. Une fois que les enroulements sont achevés et qu'un autre changement de section est à prévoir sur la pièce à fabriquer (dans l'exemple, diminution de la largeur), on agence coaxialement autour de la périphérie extérieure des flasques transversaux 16, 17, deux autres flasques annulaires externes respectifs 21, 22, comme le montre la figure 3. L'écartement entre ces derniers correspond à la largeur souhaitée à obtenir à cet endroit de l'ébauche E et est légèrement supérieur au précédent écartement L. Le maintien des flasques annulaires externes 21, 22 sur les flasques transversaux alors internes 16, 17 s'effectue par tout moyen de liaison approprié non représenté sur cette figure. Puis, entre les deux flasques annulaires externes 21, 22 sont mis en place les enroulements des couches de spires jointives 8 par la rotation du mandrin et le déplacement du fil métallique 7 jusqu'à atteindre la dimension radiale prédéterminée montrée sur la figure 3.

Les enroulements de fil métallique tréfilé 7 et de fibre composite enduite de métal 10 s'effectuent à froid, à la température ambiante, facilitant leur mise en place et à moindre coût. Et du fait de leur enroulement circonférentiel perpendiculairement au mandrin cylindrique, le fil et la fibre sont orientés dans la bonne direction vis-à-vis de l'effort centrifuge exercé par la suite sur le disque. Bien entendu, selon la forme de la pièce à fabriquer, on pourrait envisager de monter successivement d'autres paires de flasques transversaux de manière à former une ébauche E avec des profils étagés, avec des écartements qui diminuent et/ou augmentent, et/ou coniques s'évasant au fur et à mesure des enroulements. Ainsi, le procédé n'est pas limité à une forme spécifique de pièce annulaire et autorise la fabrication de pièces annulaires de forme complexe. Dans une variante d'agencement des flasques montrée en regard de la figure 3A, pour réaliser des changements de section de l'ébauche (correspondant, dans l'exemple décrit, à la plate-forme 20 à réaliser, c'est-à-dire une augmentation de largeur L de l'ébauche), on continue de monter les enroulements de spires jointives 8 formant les couches superposées de fil métallique, en périphérie latérale externe des flasques 16, 17 jusqu'à venir contre des anneaux plats 30, 31 rapportés transversalement, par des éléments de fixation 32 (par exemple vis), contre les flasques respectifs 16, 17 et faisant radialement saillie de la périphérie de ceux-ci. Les Il décrochements ne sont plus intégrés aux flasques 16, 17 mais formés par la périphérie latérale de ceux-ci et les anneaux plats rapportés. Et cela sur la largeur de bobinage souhaitée de la plate-forme à obtenir. Puis, lorsqu'un changement de section survient de nouveau, comme une diminution de largeur dans l'exemple, après la mise en place du nombre approprié de couches superposées de fil métallique 7, correspondant à la hauteur souhaitée de la plate-forme, on vient fixer, sur les anneaux 30, 31 et par l'intermédiaire d'éléments de fixation 33 (par exemple vis), les flasques annulaires externes supplémentaires 21, 22 avec l'écartement entre ces derniers correspondant à la largeur souhaitée, comme pour la réalisation de la figure 3. Et on continue de monter l'ébauche. On peut ainsi procéder progressivement de cette façon à chaque changement de section rencontré (augmentation/diminution de la largeur de l'ébauche en fonction de l'évolution diamétrale de celle-ci). Les changements de section ne sont pas nécessairement symétriques et à une même hauteur (épaisseur pièce). Lorsque les étapes d'enroulement du fil et de la fibre sont achevées, selon une première possibilité, les flasques transversaux 16, 17, 21, 22 (et les anneaux plats) sont démontés, et l'ébauche annulaire E est sortie du mandrin cylindrique 5, celle-ci étant réalisée uniquement à partir du fil tréfilé métallique 7 et de la fibre composite enduite 10. Puis, l'ébauche E est transférée vers un outillage de réception et de traitement approprié, tel qu'un outillage de compaction isostatique à chaud (CIC) 24, où se produit l'étape de déformation plastique et de fluage du fil métallique avec l'enrobage métallique de la fibre composite, puis leur soudage diffusion dans une presse isotherme sous vide ou dans un autoclave (le choix dépendant notamment du nombre de pièces à produire), comme le montrent schématiquement et respectivement les figures 4 et 4A . Cependant, avant son transfert, on procède à une étape de liaison ou de tenue des enroulements du fil métallique 7 pour assurer une cohésion à l'ensemble des couches superposées de spires lors du transfert au poste de compaction et éviter le risque d'effondrement de l'ébauche. Pour cela, on peut réaliser une étape de soudage, par exemple un soudage notamment électrique par points symbolisé localement en 25 sur la figure 4, entre les enroulements des spires apparentes sur les faces transversales 26 de l'ébauche E, et même en périphérie extérieure et intérieure de celle-ci. Au lieu du soudage, on pourrait disposer un feuillard ou des clinquants, non représentés, enveloppant l'ébauche en maintenant ainsi en place les enroulements apparents, soudés ou non. Ces derniers, s'ils sont dans un matériau compatible, peuvent alors participés à la fabrication de la pièce. Après le transfert et la mise en place de l'ébauche E dans l'outillage 24 à presse sous vide, figure 4, plus particulièrement dans un réceptacle cylindrique, ouvert 27 de la presse, dont le volume de réception, défini par ses parois transversale, latérale et centrale 28 correspond à celui de la pièce à obtenir, on ferme le réceptacle par le couvercle 29 de la presse, de forme complémentaire à l'ouverture du réceptacle et de la face transversale 26 de l'ébauche en regard. Sous l'action de la compression exercée par les plateaux de la presse symbolisés par les flèches F, et sous une température élevée appropriée, le métal identique du fil tréfilé 7 et de l'enrobage de la fibre composite 10 devient pâteux supprimant tous les espaces vides entre les spires compressées 8, 12 et densifiant au final la pièce en cours d'obtention par le déplacement axial du couvercle (représenté en deux positions sur la figure 4) par rapport au réceptacle, sans agir sur les matrices au carbure de silicium des fibres 10. Ainsi, après arrêt du traitement CIC, refroidissement et retrait du réceptacle de l'outillage, la pièce annulaire obtenue 1 est monobloc, de nature homogène et conforme aux dimensions souhaitées, avec en son coeur l'insert de renfort 11 formé des âmes des fibres, comme le montre la figure 5. Dans la variante représentée sur la figure 4A de l'outillage 24 à autoclave, le réceptacle 34 et le couvercle 35 avec l'ébauche E à l'intérieur sont placés dans une poche déformable 36 en acier doux laquelle est ensuite introduite dans l'autoclave de l'outillage 24. A titre d'exemple, cet autoclave est porté à une pression isostatique de 1000 bars et une température de 940°C (pour le TA6V), de sorte que la totalité de la poche 36 se déforme, flèches F1, en se rétractant par l'évacuation de l'air expulsé via le trou 37 et s'applique contre le réceptacle 34 et le couvercle 35 (généralement, cette dernière étape est faite avant introduction dans l'autoclave) qui, à leur tour, compriment sous une pression uniforme les enroulements de fil et fibre jusqu'au fluage du métal les constituant (soudage diffusion), comme précédemment. Avantageusement, plusieurs poches 36 peuvent être ainsi introduites dans l'autoclave de l'outillage 24 pour réaliser simultanément les pièces, réduisant les coûts de fabrication.

L'anneau aubagé monobloc 1, réalisé uniquement à partir des enroulements de fil tréfilé métallique et de fibre composite métallique, et obtenu par CIC quel que soit l'outillage utilisé, est représenté sur la figure 5. Par la suite, les aubes de la partie périphérique 3 sont réalisées par usinage, de façon usuelle.

Selon une seconde possibilité non illustrée, les flasques et le mandrin cylindrique, à l'intérieur desquels se trouvent les enroulements de fil tréfilé et de fibre composite, sont incorporés dans l'outillage de traitement 24 à presse sous vide ou à autoclave, en faisant ainsi partie intégrante de l'outillage. Sous l'action de la pression exercée et de la température ramollissant le métal, les flasques se rapprochent (les flasques d'un même côté étant au moins mobiles) et ce jusqu'à l'obtention finale de la pièce, comme dans la première possibilité. Dans le cadre de la présente invention, on peut utiliser pour leur réalisation et à titre d'exemples non limitatifs, des inserts et/ou préformes à base de fils enduits en SiC-Ti, SiC-SIC, SiC-AI, SiC-B ou de fils métalliques préformés ou tissés. Bien que la pièce annulaire monobloc décrite ci-dessus soit munie d'un seul insert de renfort, elle pourrait inclure d'autres inserts de renfort en des emplacements spécifiques de celle-ci, avec des formes différentes.

Par exemple, comme on le voit schématiquement en regard de la figure 6A, autour du mandrin cylindrique 5 et entre les deux flasques 16, 17, est prévue une ébauche E1 d'une pièce cylindrique à obtenir, qui inclut des inserts de renfort annulaires 11A, 11B et 11C à réaliser à partir de fibre composite enduite 10, en trois emplacements distincts de l'ébauche. Les couches d'enroulement des fibres composites, lesquelles peuvent être issues de la même bobine d'alimentation, sont montées, au niveau des emplacements choisis, entre les couches d'enroulement de fil métallique tréfilé 7. Les inserts annulaires 11A, 11B et 11C qui seront formés par ces couches de fibre composite 10 ont, dans cet exemple, des sections transversales différentes (carrée et rectangulaire), tout autre section pouvant être bien évidemment envisagée. Dans les ébauches E2 et E3 montrées schématiquement en regard des figures respectivement 6B et 6C, les inserts de renfort 11D et 11E obtenus par les couches d'enroulements de fibre composite enduite 10, ont des sections transversales sensiblement en forme de H ou de X avec contre- dépouilles. La géométrie de l'insert de renfort à réaliser dans la pièce métallique annulaire monobloc n'est donc pas figée à des formes usuelles. La finalité de ces exemples est de montrer que l'emplacement, le nombre et la forme des inserts de renfort issus des fibres composites enduites sont quelconques et fonction des pièces annulaires monoblocs à fabriquer, et que le procédé de l'invention n'est pas limité à ceux illustrés. Par ailleurs, pour information, les enroulements en couches du fil métallique et de la fibre composite métallique, qui déterminent leur foisonnement, peuvent être à empilement carré, c'est-à-dire que les spires de fil ou fibre entre deux couches superposées sont agencées l'une sur l'autre avec un seul contact, ou à empilement hexagonal, c'est-à-dire que les spires de fil ou fibre entre deux couches superposées sont décalées, avec deux contacts (la spire de fil d'une couche étant en contact avec deux spires jointives d'une couche supérieure ou inférieure). Ce dernier empilement permet un taux de foisonnement réduit, moins de vides étant prévus entre les enroulements.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une pièce métallique annulaire monobloc (1), incorporant au moins un insert de renfort (11) issu d'au moins une fibre en matériau composite enduite de métal, caractérisé en ce qu'il consiste à : - former une ébauche (E) de ladite pièce par superposition, autour d'un mandrin cylindrique rotatif (5), de couches de fil métallique (7) et de couches de fibre enduite (10), lesdites couches de fibre composite enduite étant disposées dans l'ébauche selon l'emplacement dudit insert dans la pièce, - placer l'ébauche (E) dans un outillage de réception (24), et appliquer à l'ébauche un traitement de compaction isostatique à chaud, et - extraire l'ébauche traitée (E) de l'outillage de réception (24) et, le cas échéant, usiner l'ébauche traitée pour obtenir ladite pièce métallique annulaire monobloc (1) à insert de renfort (11).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dont on effectue à froid, à la température ambiante, l'enroulement du fil métallique (7) et de la fibre (10) en matériau composite, et dont le fil métallique utilisé (7) est obtenu par tréfilage et est du même métal que celui de la fibre enduite (10).
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dont on enroule le fil métallique (7) et la fibre en matériau composite (10) sensiblement orthogonalement à l'axe du mandrin cylindrique rotatif (5).
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dont on agence les couches de la fibre composite sur une zone partielle médiane de l'étendue du fil métallique enroulé autour du mandrin cylindrique, et radialement proche de ce dernier.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, selon lequel les au moins une couche de fils métalliques (7) sont maintenues solidaires entre elles par des moyens de liaison (25), de manière à obtenir une ébauche (E) qui peut être manipulée jusqu'à son introduction dans ledit outillage.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dont on agence sur ledit mandrin cylindrique (5), deux flasques transversaux (16, 17) espacés parallèlement l'un de l'autre et entre lesquels sont montés les enroulements formant les couches de spires jointives de fil métallique (7).
7. 7. Procédé selon la revendication 6, dont on ménage dans les flasques (16, 17), des décrochements (18, 19) permettant de recevoir des enroulements de fil métallique (7), et correspondant à des changements de section de la pièce annulaire à obtenir.
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, dont on prévoit des paires de flasques annulaires (21, 22) se superposant aux flasques précédemment montés (16, 17), à chaque changement de section de la pièce à obtenir au fur et à mesure de sa réalisation par le fil métallique (7).
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, dont on incorpore dans l'outillage de traitement (24), le mandrin cylindrique, les flasques annulaires et l'ébauche (E) à fil métallique et fibre composite.
10. 10. Pièce métallique annulaire, monobloc, incorporant au moins un insert de renfort en matériau composite, caractérisée en ce qu'elle est obtenue après la mise en oeuvre du procédé tel que mentionné selon l'une des revendications précédentes. 25 30