FR3090430A1 - Installation and process for obtaining a titanium alloy or titanium intermetallic product - Google Patents
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Abstract
Installation et procédé d’obtention d’un produit en alliage de titane ou en intermétallique de titane Le présent exposé se rapporte à une installation (1) d’obtention d’un produit en alliage de titane ou en intermétallique de titane comprenant : - un creuset (13) de refroidissement d’un alliage de titane ou d’un intermétallique de titane, le creuset (13) comprenant un logement de réception (17), dans lequel est présent l’alliage de titane ou l’intermétallique de titane en fusion, - un dispositif électromagnétique (27) comprenant au moins une bobine (29) comprenant au moins une spire (31) destinée à être parcourue par un courant électrique, ladite au moins une spire (31) étant enroulée autour du creuset (13), ledit dispositif électromagnétique (27) étant configuré pour réaliser un brassage électromagnétique de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane, et - un générateur de courant (37) électriquement relié à ladite au moins une spire (31). Figure pour l’abrégé : Fig. 1Installation and process for obtaining a titanium alloy or titanium intermetallic product This presentation relates to an installation (1) for obtaining a titanium alloy or titanium intermetallic product comprising: - a crucible (13) for cooling a titanium alloy or a titanium intermetallic, the crucible (13) comprising a receiving housing (17), in which the titanium alloy or the titanium intermetallic is present fusion, - an electromagnetic device (27) comprising at least one coil (29) comprising at least one turn (31) intended to be traversed by an electric current, said at least one turn (31) being wound around the crucible (13) , said electromagnetic device (27) being configured to carry out electromagnetic stirring of the titanium alloy or of the titanium intermetallic, and - a current generator (37) electrically connected to said at least one turn (31). Figure for abstract: Fig. 1
Description
DescriptionDescription
Titre de l'invention : Installation et procédé d’obtention d’un produit en alliage de titane ou en intermétallique de titane Domaine techniqueTitle of the invention: Installation and process for obtaining a titanium alloy or titanium intermetallic product Technical field
[0001] Le présent exposé se rapporte à une installation et à un procédé d’obtention d’un produit en alliage de titane ou en intermétallique de titane utilisant l’installation. Technique antérieureThe present description relates to an installation and to a process for obtaining a product made of titanium alloy or of titanium intermetallic using the installation. Prior art
[0002] Il est connu de refroidir des alliages de titane ou intermétalliques de titane grâce à une installation comprenant un creuset de refroidissement, pour obtenir des produits qui sont destinés à être transformés en pièces aéronautiques.It is known to cool titanium or intermetallic titanium alloys through an installation comprising a cooling crucible, to obtain products which are intended to be transformed into aeronautical parts.
[0003] Or, les produits obtenus par le procédé mettant en œuvre cette installation connue présentent des hétérogénéités métallurgiques dans la macrostructure à cause du type de grains de matière solidifiée, par exemple des grains équiaxes à des grains colonnaires, de la différence de composition chimique (en pourcentage massique) locale consécutive à la solidification et de la variation de tailles et morphologies des porosités liées au retrait volumique pendant le changement d’état liquide à l’état solide. Il est connu que ces hétérogénéités métallurgiques dans la macrostructure conduisent à des dispersions dans leurs propriétés mécaniques. De telles dispersions peuvent conduire à un surdimensionnement des pièces finales résultant des produits obtenus, qui résulte en un accroissement non souhaitable de la masse du moteur incorporant ces pièces.However, the products obtained by the process using this known installation exhibit metallurgical heterogeneities in the macrostructure because of the type of grains of solidified material, for example grains equiaxed to columnar grains, the difference in chemical composition. (in percentage by mass) local following the solidification and the variation in sizes and morphologies of the porosities linked to the volume shrinkage during the change from liquid state to solid state. It is known that these metallurgical heterogeneities in the macrostructure lead to dispersions in their mechanical properties. Such dispersions can lead to oversizing of the final parts resulting from the products obtained, which results in an undesirable increase in the mass of the engine incorporating these parts.
[0004] En outre, des difficultés à la mise en forme ou l’usinage des produits obtenus par l’installation connue ont été constatées.In addition, difficulties in shaping or machining the products obtained by the known installation have been noted.
[0005] Dans certaines techniques connues, pour refermer les porosités de la macrostructure, des traitements de compaction étaient réalisés, par exemple de la compaction isostatique à chaud, de la compaction unidirectionnelle à chaud, de l’extrusion, etc. Toutefois ces techniques sont coûteuses et ralentissent la production.In certain known techniques, to close the porosities of the macrostructure, compaction treatments were carried out, for example hot isostatic compaction, unidirectional hot compaction, extrusion, etc. However, these techniques are expensive and slow down production.
[0006] Il existe donc un besoin de réduire les dispersions dans les propriétés des produits obtenus par le procédé mettant en œuvre l’installation, et d’améliorer la capacité de ces produits à être mis en forme ou usinés.There is therefore a need to reduce the dispersions in the properties of the products obtained by the process using the installation, and to improve the ability of these products to be shaped or machined.
Exposé de l’inventionStatement of the invention
[0007] Le présent exposé concerne une installation d’obtention d’un produit en alliage de titane ou en intermétallique de titane comprenant :This presentation relates to an installation for obtaining a product made of titanium alloy or of titanium intermetallic comprising:
[0008] - un creuset de refroidissement d’un alliage de titane ou d’un intermétallique de titane, le creuset comprenant un logement de réception, dans lequel est présent l’alliage de titane ou T intermétallique de titane en fusion,[0008] - a crucible for cooling a titanium alloy or a titanium intermetallic, the crucible comprising a receiving housing, in which is present the titanium alloy or intermetallic T of molten titanium,
[0009] - un dispositif électromagnétique comprenant au moins une bobine comprenant au moins une spire destinée à être parcourue par un courant électrique, ladite au moins une spire étant enroulée autour du creuset, ledit dispositif électromagnétique étant configuré pour réaliser un brassage électromagnétique de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane, et- An electromagnetic device comprising at least one coil comprising at least one turn intended to be traversed by an electric current, said at least one turn being wound around the crucible, said electromagnetic device being configured to perform electromagnetic mixing of the titanium alloy or titanium intermetallic, and
[0010] - un générateur de courant électriquement relié à ladite au moins une spire.- a current generator electrically connected to said at least one turn.
[0011] Par « l’au moins une spire étant enroulée autour du creuset », on comprend que si le creuset s’étend selon une direction principale, l’axe de la spire s’étend également selon la direction principale.By "at least one turn being wound around the crucible", it is understood that if the crucible extends in a main direction, the axis of the turn also extends in the main direction.
[0012] On comprend que le dispositif électromagnétique est disposé à l’extérieur du creuset.It is understood that the electromagnetic device is arranged outside the crucible.
[0013] On comprend que l’au moins une bobine est configurée pour générer un champ magnétique parallèle à la direction principale.We understand that at least one coil is configured to generate a magnetic field parallel to the main direction.
[0014] On comprend que l’au moins une bobine est configurée pour générer une force de Laplace transverse à la direction principale et préférentiellement orthogonale à la direction principale.We understand that at least one coil is configured to generate a Laplace force transverse to the main direction and preferably orthogonal to the main direction.
[0015] On comprend par « alliage de titane », un alliage comprenant au moins 50% de titane.The term “titanium alloy” is understood to mean an alloy comprising at least 50% titanium.
[0016] On comprend par intermétallique de titane, un composé associant le titane et un autre métal, par exemple l’aluminium, ou le titane et un métalloïde.It is understood by titanium intermetallic, a compound combining titanium and another metal, for example aluminum, or titanium and a metalloid.
[0017] Grâce à ces dispositions, l’alliage de titane ou l’intermétallique de titane subit un brassage électromagnétique pendant sa solidification permettant ainsi d’homogénéiser et d’optimiser la macro structure du produit obtenu, et de faciliter les transformations du produit pour obtenir une pièce finale. Ces dispositions permettent, en outre, de réduire les dispersions dans les propriétés, par exemple mécaniques, des produits obtenus. En effet, les produits obtenus comprennent moins de grains colonnaires et moins de différences chimiques locales liées à la solidification. En outre, la taille et la morphologie des porosités sont optimisées. Les porosités sont moindres ce qui permet, d’éviter un traitement supplémentaire de compaction et ainsi de réduire les coûts et les délais de production.Thanks to these provisions, the titanium alloy or the titanium intermetallic undergoes electromagnetic stirring during its solidification, thus making it possible to homogenize and optimize the macro structure of the product obtained, and to facilitate product transformations for get a final piece. These provisions also make it possible to reduce the dispersions in the properties, for example mechanical, of the products obtained. Indeed, the products obtained include fewer columnar grains and fewer local chemical differences related to solidification. In addition, the size and morphology of the porosities are optimized. The porosities are lower which makes it possible to avoid an additional compaction treatment and thus to reduce costs and production times.
[0018] On appelle axe du creuset, de la bobine ou de la spire, l'axe de symétrie (ou quasisymétrie) de celui-ci (celle-ci). La direction principale correspond à la direction du creuset, de la bobine ou de la spire, et une direction radiale est une direction perpendiculaire à l’axe du creuset, de la bobine ou de la spire et coupant cet axe.Called axis of the crucible, the coil or the turn, the axis of symmetry (or quasisymmetry) thereof (the latter). The main direction is the direction of the crucible, coil or coil, and a radial direction is a direction perpendicular to the axis of the crucible, coil or coil and intersecting that axis.
[0019] Une circonférence s’entend comme un cercle appartenant à un plan radial et dont le centre appartient à l’axe du creuset, de la bobine ou de la spire. Une direction tangentielle ou circonférentielle est une direction tangente à une circonférence ; elle est orthogonale à l’axe du creuset, de la bobine ou de la spire mais ne passe pas par l’axe.A circumference is understood as a circle belonging to a radial plane and the center of which belongs to the axis of the crucible, the coil or the coil. A tangential or circumferential direction is a direction tangent to a circumference; it is orthogonal to the axis of the crucible, the coil or the coil but does not pass through the axis.
[0020] Dans le présent exposé, les termes supérieur, inférieur, haut, bas sont à comprendre dans un sens relatif uniquement. Ils permettent de distinguer deux localisations essen tiellement opposées, sans préjuger de l’orientation du dispositif dans l’espace. En particulier, la droite reliant un point « haut » à un point « bas » n’est pas nécessairement verticale au sens usuel du terme.In the present description, the terms upper, lower, upper, lower are to be understood in a relative sense only. They make it possible to distinguish two essentially opposite locations, without prejudging the orientation of the device in space. In particular, the line connecting a "high" point to a "low" point is not necessarily vertical in the usual sense of the term.
[0021] Dans certains modes de réalisation, l’alliage de titane peut comporter un ou plusieurs élément(s) d’alliage à haut point de fusion. Par exemple, la température de fusion de ces éléments est au minimum de 1600°C. Des éléments d’alliages tels que le Molybdène, le Vanadium ou le Tantale peuvent être utilisés. Les températures de fusion de ces éléments sont 2623°C, 1910°V et 3017°C respectivement. Ces températures étant largement supérieures à la température de fusion du titane (1668°C), le Molybdène, le Vanadium ou le Tantale sont généralement introduits sous forme d’alliage binaire ou ternaire afin d’obtenir un eutectique ayant une température de fusion plus faible que celle du titane.In some embodiments, the titanium alloy may include one or more alloying element (s) with a high melting point. For example, the melting temperature of these elements is at least 1600 ° C. Elements of alloys such as Molybdenum, Vanadium or Tantalum can be used. The melting temperatures of these elements are 2623 ° C, 1910 ° V and 3017 ° C respectively. These temperatures being much higher than the melting temperature of titanium (1668 ° C), Molybdenum, Vanadium or Tantalum are generally introduced in the form of binary or ternary alloy in order to obtain an eutectic having a lower melting temperature than that of titanium.
[0022] Dans certains modes de réalisation, l’alliage de titane peut être l’un des alliages suivants, connus de l’homme du métier : Til7, TiBetalô, Ti21S, TÎ6242, TÎ6246, TÎ5553, TilO-2-3, ou d’autres alliages de titane convenant à cette application.In certain embodiments, the titanium alloy can be one of the following alloys, known to those skilled in the art: Til7, TiBetalô, Ti21S, TÎ6242, TÎ6246, TÎ5553, TilO-2-3, or other titanium alloys suitable for this application.
[0023] Dans certains modes de réalisation, T intermétallique de Titane peut être l’un des intermétalliques suivants, connus de l’homme du métier : TiAl 48-2-2, TiNMBl, ou d’autres intermétalliques de titane convenant à cette application.In certain embodiments, T intermetallic of Titanium can be one of the following intermetallic, known to those skilled in the art: TiAl 48-2-2, TiNMBl, or other titanium intermetallic suitable for this application .
[0024] Dans certains modes de réalisation, T au moins une spire de la bobine comprend un matériau conducteur.In some embodiments, T at least one turn of the coil comprises a conductive material.
[0025] Dans certains modes de réalisation, T au moins une spire de la bobine comprend un fil conducteur enroulé autour du creuset, et par exemple, une gaine isolante disposée autour du fil conducteur.In some embodiments, T at least one turn of the coil comprises a conductive wire wound around the crucible, and for example, an insulating sheath disposed around the conductive wire.
[0026] Dans certains modes de réalisation, le creuset comprend un matériau conducteur de l’électricité.In some embodiments, the crucible includes an electrically conductive material.
[0027] Dans certains modes de réalisation, T au moins une bobine comprend une pluralité de spires, chacune des spires étant enroulées autour du creuset.In some embodiments, T at least one coil comprises a plurality of turns, each of the turns being wound around the crucible.
[0028] On comprend que les spires sont disposées côte à côte, chacune autour de la direction principale et raccordées électriquement en série entre elles, de façon à former une bobine.It is understood that the turns are arranged side by side, each around the main direction and electrically connected in series with each other, so as to form a coil.
[0029] Ainsi, le brassage électromagnétique de l’alliage de titane ou de T intermétallique de titane est mieux régulé. La macrostructure des produits obtenus est optimisée et les dispersions réduites.Thus, the electromagnetic stirring of the titanium alloy or of titanium intermetallic T is better regulated. The macrostructure of the products obtained is optimized and the dispersions reduced.
[0030] Dans certains modes de réalisation, le logement de réception s’étend selon une direction principale, et comprend une première extrémité et une deuxième extrémité selon la direction principale, définissant une hauteur du logement de réception, T au moins une bobine s’étendant sur au moins 50% de la hauteur du logement de réception.In some embodiments, the receiving housing extends in a main direction, and comprises a first end and a second end in the main direction, defining a height of the receiving housing, T at least one coil s' extending over at least 50% of the height of the receiving accommodation.
[0031] On comprend que la hauteur du logement de réception est le plus grand segment ap4 partenant au logement de réception selon la direction principale.It is understood that the height of the receiving housing is the largest ap4 segment from the receiving housing in the main direction.
[0032] Ainsi, le brassage électromagnétique de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane est mieux régulé. La macrostructure des produits obtenus est optimisée et les dispersions réduites.Thus, the electromagnetic stirring of the titanium alloy or the titanium intermetallic is better regulated. The macrostructure of the products obtained is optimized and the dispersions reduced.
[0033] Dans certains modes de réalisation, l’au moins une bobine s’étendant sur au moins 75% de la hauteur du logement de réception.In some embodiments, the at least one coil extending over at least 75% of the height of the receiving housing.
[0034] Dans certains modes de réalisation, l’au moins une bobine s’étendant sur 100% de la hauteur du logement de réception.In some embodiments, the at least one coil extending over 100% of the height of the receiving housing.
[0035] Dans certains modes de réalisation, la première extrémité comprend une ouverture, et la deuxième extrémité comprend un fond du logement de réception.In some embodiments, the first end includes an opening, and the second end includes a bottom of the receiving housing.
[0036] Dans certains modes de réalisation, la première extrémité est disposée vers le haut et la deuxième extrémité est disposée vers le bas.In some embodiments, the first end is arranged upwards and the second end is arranged downwards.
[0037] Dans certains modes de réalisation, le fond est mobile, et agencé pour être déplacé selon la direction principale, vers le bas, c’est-à-dire en s’éloignant de la première extrémité.In some embodiments, the bottom is movable, and arranged to be moved in the main direction, down, that is to say away from the first end.
[0038] Ainsi, au fur et à mesure de la coulée de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane fondu, une portion déjà solidifiée de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane, se trouvant sur une portion inférieure du logement de réception, c’est-à-dire entre un centre et le fond du logement de réception, peut être extraite du creuset et former un produit.Thus, as the titanium alloy or the molten titanium intermetallic is poured, an already solidified portion of the titanium alloy or the titanium intermetallic, being on a lower portion of the receiving housing, that is to say between a center and the bottom of the receiving housing, can be extracted from the crucible and form a product.
[0039] Dans certains modes de réalisation, le dispositif électromagnétique comprend une pluralité de bobines, chacune des bobines comprenant au moins une spire destinée à être parcourue par le courant électrique, et étant enroulée autour du creuset.In some embodiments, the electromagnetic device comprises a plurality of coils, each of the coils comprising at least one turn intended to be traversed by the electric current, and being wound around the crucible.
[0040] On comprend que les bobines sont disposées les une à la suite des autres le long du creuset et comprennent toutes sensiblement le même axe d’enroulement.It is understood that the coils are arranged one after the other along the crucible and all include substantially the same winding axis.
[0041] On entend par « sensiblement le même axe d’enroulement », le même axe à 5° près.The term "substantially the same winding axis" means the same axis to within 5 °.
[0042] Ainsi, le brassage électromagnétique de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane est mieux réparti le long de la hauteur du logement et ainsi, mieux régulé. La macrostructure des produits obtenus est optimisée et les dispersions réduites.Thus, the electromagnetic stirring of the titanium alloy or the titanium intermetallic is better distributed along the height of the housing and thus, better regulated. The macrostructure of the products obtained is optimized and the dispersions reduced.
[0043] Dans certains modes de réalisation, l’axe d’enroulement s’étend selon la direction principale.In some embodiments, the winding axis extends in the main direction.
[0044] Dans certains modes de réalisation, les bobines sont espacées les unes des autres selon la direction principale, par exemple un espace entre deux bobines correspond à au moins l’épaisseur d’une spire.In some embodiments, the coils are spaced from each other in the main direction, for example a space between two coils corresponds to at least the thickness of a turn.
[0045] On entend par « diamètre » d’une spire, la longueur du plus grand segment d’une section de la spire.The term "diameter" of a turn means the length of the largest segment of a section of the turn.
[0046] Dans certains modes de réalisation, un ou plusieurs générateur(s) de courant permettent d’alimenter les au moins une spire de la pluralité de bobines.In some embodiments, one or more current generator (s) are used to power the at least one turn of the plurality of coils.
[0047] Dans certains modes de réalisation, le générateur de courant est configuré pour générer un courant alternatif ou continu.In some embodiments, the current generator is configured to generate alternating or direct current.
[0048] L’utilisation du courant alternatif ou du courant continu permet de faciliter le brassage et d’éviter la formation d’un vortex dans le cas d’un brassage trop important pour l’alliage considéré.The use of alternating current or direct current makes it easier to mix and avoid the formation of a vortex in the case of too much mixing for the alloy considered.
[0049] Préférentiellement, le générateur est réglable en fréquence et en forme de du signal.Preferably, the generator is adjustable in frequency and in the form of the signal.
[0050] Par exemple, le dispositif électromagnétique est parcouru par un courant compris entre 0,001 et 10 ampères, pour un creuset ayant une taille comprise entre 0,15 à 1 mètre de diamètre.For example, the electromagnetic device is traversed by a current between 0.001 and 10 amps, for a crucible having a size between 0.15 to 1 meter in diameter.
[0051] Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un four, le four comprenant une chambre de four dans laquelle sont disposés le creuset et le dispositif électromagnétique.In some embodiments, the installation comprises an oven, the oven comprising an oven chamber in which the crucible and the electromagnetic device are arranged.
[0052] Dans certains modes de réalisation, le générateur de courant est disposé à l’extérieur du four.In some embodiments, the current generator is arranged outside the oven.
[0053] Dans certains modes de réalisation, l’ouverture du logement de réception débouche dans la chambre de four.In some embodiments, the opening of the receiving housing opens into the oven chamber.
[0054] Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un bassin de coulée, disposé en amont du creuset, et en communication avec le creuset de façon à ce que l’alliage de titane ou l’intermétallique de titane fondu puisse couler du bassin de coulée vers le creuset.In certain embodiments, the installation comprises a pouring basin, arranged upstream of the crucible, and in communication with the crucible so that the titanium alloy or the intermetallic of molten titanium can flow from the pouring basin towards the crucible.
[0055] Le bassin de coulée permet l’obtention de la composition finale de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane à partir d’éléments de matière première, avant que l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane ne soit introduit dans le creuset et solidifié.The casting basin allows the final composition of the titanium alloy or the titanium intermetallic to be obtained from elements of raw material, before the titanium alloy or the intermetallic titanium is not introduced into the crucible and solidified.
[0056] Dans certains modes de réalisation, l’ouverture du logement de réception est disposée en aval du bassin de coulée de façon à recevoir l’alliage de titane ou l’intermétallique de titane lorsqu’il coule depuis le bassin vers le logement de réception.In some embodiments, the opening of the receiving housing is arranged downstream of the casting basin so as to receive the titanium alloy or the titanium intermetallic when it flows from the basin to the housing. reception.
[0057] Dans certains modes de réalisation, la coulée de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane est réalisée selon la direction principale.In some embodiments, the casting of the titanium alloy or the titanium intermetallic is carried out in the main direction.
[0058] Le présent exposé se rapporte en outre à un procédé d’obtention d’un produit en alliage de titane ou d’un intermétallique de titane, utilisant l’installation selon l’exposé, comprenant une étape de solidification par refroidissement de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane dans le creuset, afin d’obtenir le produit, dans laquelle le brassage électromagnétique de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane est réalisé en faisant passer du courant dans l’au moins une spire.The present description also relates to a process for obtaining a product made of titanium alloy or of a titanium intermetallic, using the installation according to the description, comprising a step of solidification by cooling the titanium alloy or titanium intermetallic in the crucible, in order to obtain the product, in which the electromagnetic stirring of the titanium alloy or the titanium intermetallic is carried out by passing current through the at least one turn.
[0059] Grâce à ces dispositions, l’alliage de titane ou l’intermétallique de titane subit un brassage électromagnétique pendant sa solidification permettant ainsi d’optimiser la macrostructure du produit obtenu, et de faciliter les transformations du produit pour obtenir une pièce finale. Ces dispositions permettent, en outre, de réduire les dispersions dans les propriétés, par exemple mécaniques, des produits obtenus.Thanks to these provisions, the titanium alloy or the titanium intermetallic undergoes electromagnetic stirring during its solidification, thus making it possible to optimize the macrostructure of the product obtained, and to facilitate the transformations of the product to obtain a final part. These provisions also make it possible to reduce the dispersions in the properties, for example mechanical, of the products obtained.
[0060] Dans certains modes de réalisation, le courant est alternatif ou continu.In some embodiments, the current is alternating or direct.
[0061] L’utilisation du courant alternatif ou du courant continu permet de faciliter le brassage, d’améliorer l’homogénéité de l’alliage et d’éviter la formation d’un vortex dans le cas d’un brassage trop important pour l’alliage considéré.The use of alternating current or direct current makes it easier to mix, improve the homogeneity of the alloy and avoid the formation of a vortex in the case of too much mixing for the 'alloy considered.
[0062] Dans certains modes de réalisation, le produit est un produit intermédiaire et le procédé comprend en outre la transformation du produit intermédiaire de façon à obtenir une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique.In some embodiments, the product is an intermediate product and the method further comprises transforming the intermediate product so as to obtain an aircraft part, such as an aeronautical turbomachine part.
[0063] Par exemple, le produit est un lingot.For example, the product is an ingot.
[0064] Par exemple, la transformation est une mise en forme telle qu’une déformation à chaud par laminage, forgeage, estampage, extrusion.For example, the transformation is a shaping such as a hot deformation by rolling, forging, stamping, extrusion.
[0065] Selon un autre exemple, la transformation est réalisée par traitement thermique.In another example, the transformation is carried out by heat treatment.
[0066] Selon un autre exemple, la transformation est réalisée par usinage.In another example, the transformation is carried out by machining.
[0067] Dans certains modes de réalisation, suite à la solidification de l’alliage de titane ou de l’intermétallique de titane dans le creuset, on déplace un fond mobile du creuset de façon à extraire le produit du creuset.In some embodiments, following the solidification of the titanium alloy or the titanium intermetallic in the crucible, a movable bottom of the crucible is moved so as to extract the product from the crucible.
[0068] Grâce à ces dispositions, il est possible de couler l’alliage de titane ou l’intermétallique de titane fondu dans le creuset en continu, ou en semi-continu. Dans le cas d’une coulée en semi-continu, la coulée peut être interrompue momentanément pour pouvoir remettre en place des éléments de matière première.Thanks to these provisions, it is possible to pour the titanium alloy or the intermetallic titanium melted in the crucible continuously, or semi-continuously. In the case of semi-continuous casting, the casting can be temporarily interrupted in order to be able to replace elements of raw material.
[0069] Dans certains modes de réalisation, on déplace le fond du creuset selon la direction principale, vers le bas, c’est-à-dire en s’éloignant de la première extrémité du logement de réception. Lorsque l’installation est installée, le fond du creuset est, par exemple, déplacé dans le sens de la gravité.In some embodiments, the bottom of the crucible is moved in the main direction, down, that is to say away from the first end of the receiving housing. When the installation is installed, the bottom of the crucible is, for example, moved in the direction of gravity.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
[0070] L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :The invention and its advantages will be better understood on reading the detailed description given below of different embodiments of the invention given by way of non-limiting examples. This description refers to the pages of attached figures, on which:
[0071] [fig-1] la figure 1 représente une installation d’obtention d’un produit en alliage de titane ou en intermétallique de titane ;[Fig-1] Figure 1 shows an installation for obtaining a product of titanium alloy or titanium intermetallic;
[0072] [fig.2A-2B-2C] les figures 2A, 2B et 2C représentent une section du creuset et du dispositif électromagnétique selon plusieurs exemples de réalisation ;[Fig.2A-2B-2C] Figures 2A, 2B and 2C show a section of the crucible and the electromagnetic device according to several embodiments;
[0073] [fig.3] la figure 3 représente une vue d’une section d’un creuset et d’un dispositif électromagnétique.[Fig.3] Figure 3 shows a view of a section of a crucible and an electromagnetic device.
Description des modes de réalisationDescription of the embodiments
[0074] La figure 1 représente une installation 1 pour réaliser des produits intermédiaires ou des pièces d’aéronef finales en alliage de titane ou en intermétallique de titane. « L’alliage de titane ou l’intermétallique de titane » sera appelé ci-après « la composition de titane ».FIG. 1 represents an installation 1 for producing intermediate products or final aircraft parts made of titanium alloy or of titanium intermetallic. "Titanium alloy or titanium intermetallic" will hereinafter be referred to as "the titanium composition".
[0075] L’installation 1 comprend un four 3. Le four 3 comprend une chambre de four 5 délimitant un volume interne.The installation 1 comprises an oven 3. The oven 3 comprises an oven chamber 5 defining an internal volume.
[0076] L’installation 1 comprend en outre, ici, un premier et un deuxième bassin de coulée 7a, 7b en communication l’un avec l’autre. Le premier bassin de coulée 7a est disposé en amont du deuxième bassin de coulée 7b, disposé en aval. Ces bassins de coulée 7a, 7b peuvent également être appelés « bassins de sur-verse ».The installation 1 further comprises, here, a first and a second pouring basin 7a, 7b in communication with one another. The first pouring basin 7a is arranged upstream of the second pouring basin 7b, arranged downstream. These casting basins 7a, 7b can also be called "overflow basins".
[0077] Les bassins de coulée 7a, 7b comprennent chacun une paroi interne 9a, 9b, définissant un contenant 1 la, 11b de la composition de titane 10 en fusion. Les parois internes 9a, 9b sont, par exemple, en cuivre, en alliage de cuivre, ou en un matériau à forte conductivité thermique. Les parois internes 9a, 9b sont maintenues à une température inférieure à la température de fusion ou de détérioration du matériau les constituant. Cette température est maintenue grâce, par exemple, à une circulation d’un fluide de refroidissement à une température prédéterminée contre les parois internes 9a, 9b. Le fluide de refroidissement peut, par exemple, être de l’eau, ou tout autre liquide.The pouring tanks 7a, 7b each include an internal wall 9a, 9b, defining a container 11a, 11b of the titanium composition 10 in fusion. The internal walls 9a, 9b are, for example, made of copper, a copper alloy, or a material with high thermal conductivity. The internal walls 9a, 9b are maintained at a temperature below the melting or deterioration temperature of the material constituting them. This temperature is maintained thanks, for example, to a circulation of a cooling fluid at a predetermined temperature against the internal walls 9a, 9b. The coolant can, for example, be water, or any other liquid.
[0078] L’installation comprend en outre un creuset 13 de refroidissement, disposé en aval du deuxième bassin de coulée 7b et en communication avec celui-ci. De la même manière que les bassins de coulée 7a, 7b, le creuset 13 comprend une paroi interne 15, par exemple, en cuivre, en alliage de cuivre ou en un matériau à forte conductivité thermique. La paroi interne 15 du creuset 13 est également maintenue à une température inférieure à la température de fusion ou de détérioration du matériau la constituant. Cette température est maintenue, par exemple, grâce à une circulation d’un fluide de refroidissement à une température prédéterminée contre la paroi interne 15 du creuset 13. Le fluide de refroidissement peut, par exemple être de l’eau, ou tout autre liquide.The installation further comprises a cooling crucible 13, arranged downstream of the second pouring basin 7b and in communication with the latter. In the same way as the pouring tanks 7a, 7b, the crucible 13 comprises an internal wall 15, for example, of copper, a copper alloy or a material with high thermal conductivity. The internal wall 15 of the crucible 13 is also maintained at a temperature below the melting or deterioration temperature of the material constituting it. This temperature is maintained, for example, by circulating a cooling fluid at a predetermined temperature against the internal wall 15 of the crucible 13. The cooling fluid can, for example, be water, or any other liquid.
[0079] La paroi interne 15 du creuset 13 définit un logement de réception 17 de la composition de titane 10. Le logement de réception 17 s’étend selon une direction principale DP. Le logement de réception 17 comprend une première extrémité, ici formée par un fond 19 du logement de réception 17. Le logement de réception 17 comprend une deuxième extrémité, ici formée par une ouverture 21 débouchant dans la chambre de four 5, en aval du deuxième bassin de coulée 7b. Les première et deuxième extrémités définissent une hauteur h du logement de réception 17. Le fond 19 du logement de réception 17 est mobile selon la direction principale DP, de façon à pouvoir extraire le produit formé par la composition de titane solidifiée 10 en déplaçant le fond 19 vers le bas, comme indiqué par la flèche B.The internal wall 15 of the crucible 13 defines a receiving housing 17 of the titanium composition 10. The receiving housing 17 extends in a main direction DP. The receiving housing 17 comprises a first end, here formed by a bottom 19 of the receiving housing 17. The receiving housing 17 comprises a second end, here formed by an opening 21 opening into the oven chamber 5, downstream of the second casting basin 7b. The first and second ends define a height h of the receiving housing 17. The bottom 19 of the receiving housing 17 is movable in the main direction DP, so as to be able to extract the product formed by the solidified titanium composition 10 by moving the bottom 19 down, as indicated by arrow B.
[0080] L’installation 1 comprend également plusieurs éléments de chauffage 23a, 23b, 23c.The installation 1 also includes several heating elements 23a, 23b, 23c.
[0081] Deux éléments de chauffages 23a, 23b sont orientés vers chacun des bassins de coulée 7a, 7b. Ces éléments de chauffage 23a, 23b sont configurés pour chauffer et maintenir fondu le contenu des bassins de coulée 7a, 7b, c’est-à-dire la composition de titane 10. Ces éléments de chauffage 23 sont également configurés pour faire fondre des éléments de matière première 25 qui, fondus, permettent d’obtenir la composition de titane 10.Two heating elements 23a, 23b are oriented towards each of the tapping tanks 7a, 7b. These heating elements 23a, 23b are configured to heat and keep the contents of the pouring basins 7a, 7b, that is to say the titanium composition 10, molten. These heating elements 23 are also configured to melt elements of raw material 25 which, when melted, make it possible to obtain the titanium composition 10.
[0082] Les éléments de matière première 25 peuvent avoir une composition proche de la composition de titane recherchée, ou bien avoir des compositions chimiques spécifiques permettant d’obtenir la composition de titane recherchée en tenant compte du rendement en éléments chimiques de ces éléments de matière première.The raw material elements 25 may have a composition close to the desired titanium composition, or else have specific chemical compositions making it possible to obtain the desired titanium composition while taking into account the yield of chemical elements of these material elements. first.
[0083] Un autre élément de chauffage 23c est orienté vers le creuset 13, et est configuré pour chauffer et maintenir fondu en surface, la composition de titane 10 présente dans le logement de réception 17.Another heating element 23c is oriented towards the crucible 13, and is configured to heat and keep the molten surface, the titanium composition 10 present in the receiving housing 17.
[0084] Les éléments de chauffage 23a, 23b, 23c sont configurés pour chauffer les bassins de coulée 7a, 7b et le creuset 13, par exemple, par des arcs électriques, par induction, par des torches plasma, par bombardement électronique, ou par tout autre moyen adapté. Plusieurs types d’éléments de chauffage peuvent être combinés.The heating elements 23a, 23b, 23c are configured to heat the casting basins 7a, 7b and the crucible 13, for example, by electric arcs, by induction, by plasma torches, by electron bombardment, or by any other suitable means. Several types of heating elements can be combined.
[0085] La chambre de four 5 comprend une atmosphère contrôlée. On entend par atmosphère contrôlée, une atmosphère configurée pour ne pas réagir avec la composition de titane 10 fondue, par exemple une atmosphère sous vide ou une atmosphère sous pression contrôlée de gaz inertes. On entendu également par atmosphère contrôlée, une atmosphère sous une pression contrôlée d’un élément gazeux spécifique configuré pour réagir avec la composition de titane 10 fondue afin de charger la composition en cet élément gazeux.The oven chamber 5 includes a controlled atmosphere. The term “controlled atmosphere” is intended to mean an atmosphere configured not to react with the molten titanium composition, for example an atmosphere under vacuum or an atmosphere under controlled pressure of inert gases. It is also understood by controlled atmosphere, an atmosphere under controlled pressure of a specific gaseous element configured to react with the molten titanium composition 10 in order to charge the composition with this gaseous element.
[0086] Par exemple, rinstallation est un four de fusion par induction sous vide ou sous pression partielle ; un four de fusion par torches plasma sous pression contrôlée, dénommé plus couramment par le terme en langue anglaise «PAM furnace» ; un four de fusion par bombardement électronique sous vide, dénommé plus couramment par le terme en langue anglaise «EB fumace» ; etc.For example, the installation is an induction melting furnace under vacuum or under partial pressure; a melting furnace using plasma torches under controlled pressure, more commonly known by the English term "PAM furnace"; a melting furnace by electronic vacuum bombardment, more commonly known by the English term "EB fumace"; etc.
[0087] L’installation 1 comprend en outre, comme représenté en figures 1 et 2A, un dispositif électromagnétique 27 configuré pour réaliser un brassage électromagnétique de la composition de titane 10. Le dispositif électromagnétique 27 comprend une bobine 29. La bobine 29 est enroulée autour du creuset 13. A l’instar du creuset, la bobine 29 s’étend selon la direction principale DP. Autrement dit, l’axe d’enroulement de la bobine 29 s’étend selon la direction principale DP.The installation 1 further comprises, as shown in Figures 1 and 2A, an electromagnetic device 27 configured to perform electromagnetic mixing of the titanium composition 10. The electromagnetic device 27 comprises a coil 29. The coil 29 is wound around the crucible 13. Like the crucible, the coil 29 extends in the main direction DP. In other words, the winding axis of the coil 29 extends in the main direction DP.
[0088] Dans le mode de réalisation représenté, la bobine 29 est disposée à l’extérieur du creuset 13. La bobine 29 comprend une pluralité de spires 31. Les spires sont enroulées autour du creuset 13. Les spires 31 sont disposées côte à côte entre une première spire d’extrémité 31a et une deuxième spire d’extrémité 31b. Les spires 31 sont raccordées électriquement en série entre elles, de façon à former la bobine 29.In the embodiment shown, the coil 29 is arranged outside the crucible 13. The coil 29 comprises a plurality of turns 31. The turns are wound around the crucible 13. The turns 31 are arranged side by side between a first end turn 31a and a second end turn 31b. The turns 31 are electrically connected in series with one another, so as to form the coil 29.
[0089] Dans le mode de réalisation représenté en figure 3, les spires 31 de la bobine 29 comprennent un fil conducteur 33 et une gaine isolante 35 disposée autour du fil conducteur 33.In the embodiment shown in FIG. 3, the turns 31 of the coil 29 comprise a conductive wire 33 and an insulating sheath 35 arranged around the conductive wire 33.
[0090] L’installation 1 comprend en outre un générateur de courant 37. Le générateur de courant 37 est raccordé électriquement à la bobine 29, et plus particulièrement à l’une des première et deuxième spires d’extrémité 31a, 31b, ici à la première spire d’extrémité 31a. Par exemple le générateur de courant est configuré pour générer un courant j alternatif, à une intensité comprise entre 0,001 et 10 ampères, pour une section du creuset comprise entre 0,15 et 1 mètre de diamètre.The installation 1 further comprises a current generator 37. The current generator 37 is electrically connected to the coil 29, and more particularly to one of the first and second end turns 31a, 31b, here at the first end turn 31a. For example, the current generator is configured to generate an alternating current, at an intensity between 0.001 and 10 amperes, for a section of the crucible between 0.15 and 1 meter in diameter.
[0091] La bobine 29, et plus particulièrement les spires 31, sont destinées à être parcourue par un courant i électrique de façon à brasser la composition de titane 10 présente dans le creuset 13.The coil 29, and more particularly the turns 31, are intended to be traversed by an electric current i so as to stir the titanium composition 10 present in the crucible 13.
[0092] Comme représenté en figure 3, en faisant passer un courant i dans une bobine conductrice, un champ magnétique B est induit ainsi qu’une force de Laplace L. La relation entre le courant i, le champ magnétique B et la force de Laplace L est :As shown in Figure 3, by passing a current i through a conductive coil, a magnetic field B is induced as well as a Laplace force L. The relationship between the current i, the magnetic field B and the force of Laplace L is:
[0093] [Math.l][Math.l]
F=îa8F = îa8
[0094] Le champ magnétique B est sensiblement parallèle la direction principale DP. La force de Laplace L est transversale à la direction principale DP, et de préférence sensiblement orthogonale à la direction principale DP. Sous l’effet de la force de Laplace L, la composition de titane 10 fondue est mise en mouvement et ainsi brassé.The magnetic field B is substantially parallel to the main direction DP. The Laplace force L is transverse to the main direction DP, and preferably substantially orthogonal to the main direction DP. Under the force of Laplace L, the molten titanium composition 10 is set in motion and thus stirred.
[0095] Pour un brassage plus régulé de la composition de titane 10, la bobine s’étend sur au moins 50% de la hauteur h du logement de réception 17.For a more regulated stirring of the titanium composition 10, the coil extends over at least 50% of the height h of the receiving housing 17.
[0096] Selon un deuxième exemple de réalisation représenté en figure 2B, au lieu de comprendre une seule bobine disposée sur au moins 50% de la hauteur du logement de réception 117, le dispositif électromagnétique 127 comprend deux bobines 129a, 129b. Les deux bobines 129a, 129b ont le même axe d’enroulement, sensiblement parallèle à la direction principale DP et les deux bobines sont disposées autour du creuset 113. L’une des bobines 129b s’étend sur une portion inférieure de la hauteur h du logement de réception 117, à partir du fond du logement de réception 119 et l’autre bobine 129a s’étend sur une portion supérieure de la hauteur h du logement de réception 117, à partir de l’ouverture 121 du logement de réception 117. Les deux bobines 129a, 129b forment un espace 130 entre elles au niveau d’une portion centrale de la hauteur h du logement de réception 117. Les deux bobines 129a, 129b ensemble s’étendent sur au moins 50% de la hauteur h du logement de réception 117.According to a second embodiment shown in Figure 2B, instead of comprising a single coil disposed on at least 50% of the height of the receiving housing 117, the electromagnetic device 127 comprises two coils 129a, 129b. The two coils 129a, 129b have the same winding axis, substantially parallel to the main direction DP and the two coils are arranged around the crucible 113. One of the coils 129b extends over a lower portion of the height h of the reception housing 117, from the bottom of the reception housing 119 and the other coil 129a extends over an upper portion of the height h of the reception housing 117, from the opening 121 of the reception housing 117. The two coils 129a, 129b form a space 130 between them at a central portion of the height h of the receiving housing 117. The two coils 129a, 129b together extend over at least 50% of the height h of the housing 117.
[0097] Un troisième exemple de réalisation est représenté en figure 2C. Le troisième exemple de réalisation diffère du deuxième exemple de réalisation en ce que le dispositif électromagnétique comprend une troisième bobine 229c, disposée entre les bobines 229a, 229b. Deux espaces 230a, 230b sont formés d’une part entre les bobines 229a et 229c, et d’autre part entre les bobines 229b, 229c, respectivement.A third embodiment is shown in Figure 2C. The third embodiment differs from the second embodiment in that the electromagnetic device comprises a third coil 229c, arranged between the coils 229a, 229b. Two spaces 230a, 230b are formed on the one hand between the coils 229a and 229c, and on the other hand between the coils 229b, 229c, respectively.
[0098] Le procédé d’obtention d’un produit en composition de titane est décrit ci-dessous.The process for obtaining a product in titanium composition is described below.
[0099] La matière première est fondue en continu dans le premier bassin de coulée 7a de façon à former la composition de titane. La composition de titane 10 coule vers le deuxième bassin de coulée 7b. La composition de titane 10 coule enfin vers le creuset 13 afin d’être solidifiée par refroidissement, grâce à la circulation de fluide de refroidissement contre la paroi interne 15 du creuset 13. Lors de la solidification, on fait passer un courant i dans les spires 31 de la bobine 29 de façon à réaliser le brassage électromagnétique par induction de la composition de titane 10.The raw material is melted continuously in the first casting basin 7a so as to form the titanium composition. The titanium composition 10 flows to the second casting basin 7b. The titanium composition 10 finally flows towards the crucible 13 in order to be solidified by cooling, thanks to the circulation of cooling fluid against the internal wall 15 of the crucible 13. During solidification, a current i is passed through the turns. 31 of the coil 29 so as to carry out the electromagnetic stirring by induction of the titanium composition 10.
[0100] Le courant i est alternatif ou continu.Current i is alternating or direct.
[0101] La solidification se réalise d’abord au niveau de la paroi interne 15 du creuset et plus particulièrement au niveau du fond 19 du creuset, comme cela est représenté en figures 2A à 2C. Ainsi, la composition de titane solidifiée fait office de contenant pour la composition de titane 10 encore liquide qui est coulée au fur et à mesure dans le creuset 13 depuis les bassins de coulée 7a, 7b. Le front de solidification, c’est-à-dire la ligne de délimitation entre la composition de titane solidifiée et la composition de titane fondue est alors semi-ovoïde à hémisphérique.Solidification takes place first at the level of the internal wall 15 of the crucible and more particularly at the bottom 19 of the crucible, as shown in FIGS. 2A to 2C. Thus, the solidified titanium composition acts as a container for the still liquid titanium composition 10 which is poured progressively into the crucible 13 from the casting basins 7a, 7b. The solidification front, that is to say the line of delimitation between the solidified titanium composition and the molten titanium composition is then semi-ovoid to hemispherical.
[0102] Au fur et à mesure de la solidification, le fond mobile 19, 119 est déplacé vers le bas de façon à extraire le produit solidifié du creuset. Ainsi, il est possible de couler la composition de titane fondue dans le creuset en continu, ou en semi-continu.As the solidification progresses, the movable bottom 19, 119 is moved downwards so as to extract the solidified product from the crucible. Thus, it is possible to pour the molten titanium composition in the crucible continuously, or semi-continuously.
[0103] On entend par « vers le bas », un déplacement selon la direction principale, en s’éloignant de l’ouverture 21, 121 du creuset 13, 113. En fonctionnement, on entend par vers le bas, dans le sens de la gravité.By "down" is meant a displacement in the main direction, away from the opening 21, 121 of the crucible 13, 113. In operation, is meant by down, in the direction of gravity.
[0104] Le produit obtenu peut alors être une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique, qui pourra être montée en l’état sur l’aéronef.The product obtained can then be an aircraft part, such as an aeronautical turbomachine part, which can be mounted as it is on the aircraft.
[0105] Le produit obtenu peut également être un produit intermédiaire, nécessitant une transformation de façon à obtenir une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique.The product obtained can also be an intermediate product, requiring processing in order to obtain an aircraft part, such as an aeronautical turbomachine part.
[0106] Ainsi, suite à l’obtention du produit intermédiaire, on procède à une ou plusieurs étapes de transformation de ce produit.Thus, after obtaining the intermediate product, one proceeds to one or more stages of transformation of this product.
[0107] Par exemple, on peut procéder à une mise en forme telle qu’une déformation à chaud par laminage, forgeage, estampage, extrusion et/ou à un traitement thermique produit et/ou à un usinage du produit.For example, one can carry out a shaping such as a hot deformation by rolling, forging, stamping, extrusion and / or a product heat treatment and / or machining of the product.
[0108] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, it is obvious that modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the revendications. In particular, individual features of the various illustrated / mentioned embodiments can be combined in additional embodiments. Therefore, the description and the drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.
[0109] Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.It is also obvious that all the characteristics described with reference to a method can be transposed, alone or in combination, to a device, and conversely, all the characteristics described with reference to a device are transposable, alone or in combination, to a method.
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| WO2022117964A1 (en) | 2020-12-03 | 2022-06-09 | Safran | Method for obtaining a product made of titanium alloy or a titanium-aluminium intermetallic compound |
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