FR3105041A1 - Procédé de fabrication par compression isostatique à chaud d’une pièce outil - Google Patents
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Abstract
La description concerne un procédé de fabrication par compression isostatique à chaud d’une pièce outil qui comprend une partie utile, formée par des éléments utiles (1, 2, 3, 4), et une partie support (9),le procédé comprenant deux cycles de compression isostatique à chaud :- un premier cycle, exécuté à une première température T1, et- un deuxième cycle, exécuté à une deuxième température T2 inférieur à la première température T1,le premier cycle étant destiné à sceller les éléments utiles (1, 2, 3, 4) de la partie utile, et le deuxième cycle étant destiné à sceller la partie utile sur la partie support (9).
Figure pour l’abrégé : figure 19 .
Description
La description se rapporte au domaine des machines outil et en particulier des pièces outils assurant la fonction de la machine-outil.
La description concerne notamment un procédé de fabrication d’une pièce outil impliquant la solidarisation mécanique d’une partie utile et d’une partie support.
Le procédé selon la présente description, impliquant une compression isostatique à chaud, permet, à cet égard, d’améliorer la résistance mécanique et environnementale de la pièce outil.
Les pièces outils mises en œuvre pour l’abrasion ou la découpe de matériaux sont généralement de forme monolithique, et faites d’un alliage métallique à haute résistance mécanique.
Toutefois, lorsque les circonstances l’imposent, notamment lorsque les exigences en termes de résistance mécanique sont plus sévères, les pièces outils peuvent comprendre des zones, en particulier les zones assurant la fonction de la pièce outil, d’une dureté supérieure aux autres zones de la pièce considérée. En particulier, les lames de cisaillement, telles que celles utilisées dans le domaine pétroliers, par exemple dans les dispositifs d’obturation de puit (« Shear Ramfor blowout preventer» selon la terminologie Anglo-Saxonne), qui comprennent une partie utile (lame) et une partie support, doivent répondre à des normes en termes de dureté particulièrement strictes. Notamment, pour des raisons de sécurité la partie support doit présenter une dureté de type Rockwell C inférieure à 26 HRC (selon la norme NACE MR0175), tandis que la lame, qui doit assurer la fonction de la pièce outil, doit présenter une dureté bien supérieure, et notamment supérieure à 45 HRC.
Ces lames, généralement fabriquées de manière monolithique, comprennent des alliages à base de fer et peuvent nécessiter la mise en œuvre d’un ou plusieurs traitements thermiques localisés au niveau de la partie utile afin de conférer à ces dernières une dureté plus importante tout en maintenant la dureté au niveau de la partie support inférieure à 26 HCR. L’augmentation de dureté de la partie utile reste néanmoins limitée, voire insuffisante.
De manière alternative il a pu être considéré de former ces pièces outils par un procédé d’assemblage d’une partie utile avec une partie support. Ces procédés connus de l’état de la technique se divisent en quatre grandes catégories d’assemblage et de solidarisation.
La première catégorie, dont un exemple est décrit dans le document [1] cité à la fin de la description, comprend le collage de la partie utile avec la partie support au moyen d’un liant, et notamment d’un liant organique.
Toutefois, ce mode de fabrication reste réservé aux pièces outils soumises à un environnement, en termes d’humidité ou d’exposition chimique, peu ou pas contraignant.
Par ailleurs, les interfaces mises en contact lors du collage doivent prévoir l’insertion de la colle.
La deuxième catégorie d’assemblage comprend le brasage tel que décrit dans les documents [2] à [4] cités à la fin de la description.
Le brasage comprend notamment l’emploi d’un matériau qui présente une température de fusion inférieure à celles des matériaux formant les parties à assembler, de manière à pouvoir passer à l’état liquide lors d’une étape de chauffage et ainsi lier les parties entre elles.
Le brasage confère à la pièce outil une tenue thermomécanique ainsi qu’une résistance environnementale accrues au regard des pièces outils formées par collage.
Par ailleurs, à l’instar du collage, la zone de brasage reste une zone de faiblesse mécanique qui affecte d’autant la tenue mécanique de la pièce outil.
De surcroît, le contrôle du brasage impose également une maîtrise des tolérances dimensionnelles et géométriques des sections à assembler.
La troisième catégorie d’assemblage, telle que décrite dans le document [5] cité à la fin de la description, comprend la mise en œuvre d’un matériau composite dit à gradient de composition entre la section utile et la section support.
Ce troisième mode d’assemblage, bien que permettant de contenir les contraintes mécaniques susceptibles de se produire au niveau de l’interface d’assemblage, reste complexe à mettre en œuvre, et présente un coût parfois incompatible avec les applications envisagées.
En outre, ce mode d’assemblage n’offre que peu de flexibilité en termes de géométrie de surface à assembler.
Enfin la quatrième catégorie d’assemblage comprend l’assemblage mécanique.
Selon un premier exemple, notamment décrit dans les documents [6] et [7], l’assemblage mécanique de la pièce outil peut être obtenu par boulonnage. Cette technique qui permet d’obtenir une pièce outil démontable ne confère pas à cette dernière la résistance mécanique requise pour les applications les plus exigeantes.
De manière alternative, l’assemblage mécanique peut être obtenu par rivetage. Cette technique, en plus des inconvénients relatifs au boulonnage, ne permet pas le démontage de la pièce outil.
Enfin, l’assemblage mécanique peut faire intervenir un ancrage mécanique par exemple par frettage tel que décrit dans les documents [9] à [11] cités à la fin de la description ou encore par compression, éventuellement en combinaison avec le frettage, tel que décrit dans les documents [12] et [13] cités à la fin de la description.
Ces méthodes d’ancrage mécanique ne sont toutefois pas satisfaisantes.
En effet, ces méthodes sont particulièrement contraignantes en termes de tolérances d’usinage. Par ailleurs, le profil de l’interface doit être essentiellement linéaire de manière à permettre le coulissement relatif des pièces à assembler.
Un but de la présente description est donc de proposer un procédé de fabrication d’une pièce outil permettant de conférer à ladite pièce une résistance mécanique accrue au regard des pièces outils formées par les procédés connus de la technique.
Un autre but de la présente description est de proposer un procédé de fabrication d’une pièce outil permettant de conférer à ladite pièce une résistance environnementale accrue au regard des pièces outils formées par les procédés connus de la technique.
Un autre but de la présente description est de proposer un procédé de fabrication d’une pièce outil pour lequel les tolérances d’usinages des sections à assembler sont moins contraignantes au regard des procédés connus de la technique.
Un autre but de la présente description est de proposer un procédé de fabrication d’une pièce outil ne nécessitant pas l’adjonction de matériau, notamment sous forme liquide, pour réaliser l’assemblage.
Exposé
Les buts sont, au moins en partie, atteints par un procédé de fabrication par compression isostatique à chaud d’une pièce outil qui comprend une partie utile, formée par des éléments utiles scellés entre eux, et une partie support scellée à la partie utile.
Le procédé comprenant deux cycles de compression isostatique à chaud dits, respectivement, premier cycle, exécuté à une première température T1, et deuxième cycle, exécuté à une deuxième température T2 inférieure à la première température T1, le premier cycle étant destiné à sceller les éléments utiles de la partie utile, et le deuxième cycle étant destiné à sceller la partie utile sur la partie support.
Selon un mode de mise en œuvre, le premier cycle comprend les étapes suivantes:
a1) assembler les éléments utiles;
b1) fournir un conteneur pourvu d’un réceptacle et d’un couvercle;
c1) placer l’assemblage formé lors de l’étape a1) dans le réceptacle et positionner le couvercle sur le réceptacle de manière à fermer de manière hermétique le conteneur;
d1) soumettre le conteneur fermé de manière hermétique à un traitement thermique à la première température T1, et à un environnement d’une pression comprise entre 500 bars et 2000 bars, de manière à sceller les éléments utiles de la partie utile entre eux.
a1) assembler les éléments utiles;
b1) fournir un conteneur pourvu d’un réceptacle et d’un couvercle;
c1) placer l’assemblage formé lors de l’étape a1) dans le réceptacle et positionner le couvercle sur le réceptacle de manière à fermer de manière hermétique le conteneur;
d1) soumettre le conteneur fermé de manière hermétique à un traitement thermique à la première température T1, et à un environnement d’une pression comprise entre 500 bars et 2000 bars, de manière à sceller les éléments utiles de la partie utile entre eux.
Selon un mode de mise en œuvre, l’un des éléments utiles est formé par une poudre d’un alliage métallique remplissant un espace vacant dans le conteneur.
Selon un mode de mise en œuvre, les éléments utiles assemblés lors de l’étape a1) sont massifs.
Selon un mode de mise en œuvre, la fermeture hermétique du conteneur est exécutée de sorte que la pression à l’intérieur de ce dernier est inférieure à 10-3mbar.
Selon un mode de mise en œuvre, le logement formé par le conteneur présente une morphologie conforme à la partie utile.
Selon un mode de mise en œuvre, l’étape a1) est exécutée au moyen d’emboîtements complémentaires formés sur les éléments utiles.
Selon un mode de mise en œuvre, le premier cycle comprend en outre une étape a2), exécutée avant l’étape c1), de formation de points de soudure destinés à maintenir solidaires les éléments utiles entre eux.
Selon un mode de mise en œuvre, le premier cycle comprend une étape f1) de traitement thermique final de la partie utile, ledit traitement thermique étant exécuté avant le deuxième cycle.
Selon un mode de mise en œuvre, une couche anti diffusion est formée à l’interface formée entre au moins deux des éléments utiles, ladite couche anti diffusion étant destinée à limiter la diffusion de matière entre les éléments utiles.
Selon un mode de mise en œuvre, une couche intermédiaire est intercalée entre au moins deux des éléments utiles, la couche intercalaire étant configurée pour permettre un soudage par diffusion et de diminuer le niveau de contraintes au niveau de l’interface formée entre les éléments utiles au regard d’une partie utile dépourvue de ladite couche intermédiaire.
Selon un mode de mise en œuvre, la première température T1 est comprise entre 1000 °C et 1200 °C.
Selon un mode de mise en œuvre, le traitement thermique de l’étape d1) est exécuté selon une durée comprise entre 1 heure et 6 heures.
Selon un mode de mise en œuvre, le deuxième cycle comprend les étapes suivantes:
a3) assembler la partie utile avec la partie support;
b3) isoler de manière hermétique les interfaces entre la partie utile et la partie support;
d3) soumettre le conteneur fermé de manière hermétique à un traitement thermique à la deuxième température T2, et à un environnement d’une pression comprise entre 500 bar et 2000 bar, de manière à sceller les parties utile et support entre elles.
a3) assembler la partie utile avec la partie support;
b3) isoler de manière hermétique les interfaces entre la partie utile et la partie support;
d3) soumettre le conteneur fermé de manière hermétique à un traitement thermique à la deuxième température T2, et à un environnement d’une pression comprise entre 500 bar et 2000 bar, de manière à sceller les parties utile et support entre elles.
Selon un mode de mise en œuvre, la deuxième température T2 est ajustée de sorte qu’à l’issue de l’étape d3), la dureté de type Rockwell C de la partie support soit inférieure à 26 HRC.
Selon un mode de mise en œuvre, la deuxième température T2 est comprise entre 600 °C et 700 °C.
Selon un mode de mise en œuvre, le traitement thermique de l’étape d3) comprend une phase de montée en température à la deuxième température T2 d’une durée comprise entre 1 heure et 4 heures, suivie d’une phase de maintien à la deuxième température T2 d’une durée comprise entre 1 heure et 8 heures.
Selon un mode de mise en œuvre, le premier cycle comprend une étape e1), exécutée à l’issue de l’étape d1), d’usinage de la partie utile.
Selon un mode de mise en œuvre, la pièce outil est une lame de cisaillement destinée à être mise en œuvre dans un bloc obturateur de puits d’un équipement de forage.
La description concerne également une pièce outil d’une machine-outil, ladite pièce étant produite par le procédé décrit précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d’un procédé de fabrication par compression isostatique à chaud d’une pièce outil selon la description, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Aux figures 1 à 19, on peut voir un exemple de procédé de fabrication d’une pièce outil pourvue d’une partie utile et d’une partie support selon la présente description.
Une partie utile selon des termes de la présente description est une partie qui est conformée pour assurer, par exemple, la fonction de la pièce outil 100 (figure 19) et peut comprendre un assemblage d’éléments utiles scellés entre eux. Notamment, dans le cadre d’une pièce outil formant une lame de cisaillement, un ou plusieurs des éléments utiles peuvent porter le fil de la lame.
Il est ainsi possible de considérer une partie utile qui présente une dureté adaptée pour assurer la fonction de la pièce outil. Dans certains exemple d’application, la dureté de type Rockwell C, mesurée selon la norme [14] citée à la fin de la description, peut à cet égard être supérieure ou égale à 45 HRC.
Les éléments utiles et la partie support peuvent être formés par découpe laser, perçage photochimique, usinage conventionnel, enfonçage, découpe par électroérosion par fil ou poinçonnage. La description n’est toutefois pas limitée à ces seules techniques de mise en forme.
Dans le cas particulier d’une formation d’éléments utiles par usinage, un outil en carbure de tungstène (WC-Co) peut être utilisé.
La présente description concerne un procédé de fabrication par compression isostatique à chaud de la pièce outil qui comprend la partie utile, formée par les éléments utiles scellés entre eux, et la partie support scellée à la partie utile.
En particulier, le procédé comprend deux cycles de compression isostatique à chaud dits, respectivement, premier cycle, exécuté à une première température T1, et deuxième cycle, exécuté à une deuxième température T2 inférieure à la première température T1, le premier cycle étant destiné à sceller les éléments utiles de la partie utile, et le deuxième cycle étant destiné à sceller la partie utile sur la partie support.
La description est à présent inscrite dans le cadre d’un exemple de procédé de fabrication d’une lame de cisaillement afin d’en exposer les principes généraux. La description n’est toutefois pas limitée à la seule réalisation d’une lame de cisaillement.
Le premier cycle de compression isostatique à chaud peut notamment comprendre une étape a1) d’assemblage des éléments utiles.
En particulier, les éléments utiles peuvent comprendre une pointe de lame 1 (figure 1), une première pièce intermédiaire 2 (figure 2), une deuxième pièce intermédiaire 3 (figure 3) et une troisième pièce intermédiaire 4 (figure 4).
La pointe de lame 1 peut comprendre un alliage composite céramique-métal (cermet) de type carbure de tungstène contenant entre 4% et 20% de cobalt en proportion massique, tandis que les première 2, deuxième 3, et troisième 4 pièces intermédiaires peuvent comprendre, par exemple, un alliage métallique, comme de l’acier de type Maraging 250 (1,6359).
L’«assemblage» selon la présente description concerne la mise en place ou la mise en contact de faces, par exemple les éléments utiles 1, 2, 3, 4. En d’autres termes, l’étape d’assemblage a1) n’est autre qu’un montage des éléments utiles, et ne conduit pas à une solidarisation mécanique et non démontable desdits éléments.
L’ordre dans lequel sont assemblés les éléments utiles n’a pas d’importance.
La pointe de lame 1 peut comprendre des queues d’aronde contenue 11 et 12 (figure 1) destinée à coopérer avec les queues d’aronde contenantes 21 (Figure 2) et 31 (figure 3), respectivement, de la première pièce intermédiaire 2 et de la deuxième pièce intermédiaire 3.
Ainsi lors de l’étape a1), la pointe de lame 1 est assemblée avec la première pièce intermédiaire 2 (figure 5) puis avec la deuxième pièce intermédiaire 3 (figure 6) pour former un premier ensemble A. Cet assemblage faite intervenir le coulissement de la queue d’aronde contenue 11 et 12, dans l’une et l’autre des queues d’aronde contenantes 21 et 31, et la mise en contact des faces latérales 22 et 32, respectivement, de la première pièce intermédiaire 2 et de la deuxième pièce intermédiaire 3.
Le premier ensemble A représenté à la figure 6 est ensuite assemblé avec la troisième pièce intermédiaire 4 (figure 7) pour former un deuxième ensemble B. En particulier, la troisième pièce intermédiaire 4 peut comprendre un entrefer délimité par un fond 41 et deux parois latérales 42 et43 entre lesquelles est inséré le premier ensemble A. Les parois latérales 42 et 43 sont notamment en appui contre des faces latérales 24 et 34 des première 2 et deuxième 3 pièces intermédiaires de manière à prévenir tout glissement de la pointe de lame 1 relativement auxdites première 2 et deuxième 3 pièces intermédiaires, tandis que les faces 23 et 33, respectivement des première 2 et deuxième 3 pièces intermédiaires sont en buttée contre le fond 41.
Le premier et le deuxième ensemble sont ainsi formés en mettant en œuvre des moyens d’assemblage mécanique ou d’emboîtement complémentaires.
Ces derniers, tel que décrit précédemment, peuvent faire intervenir des queues d’aronde contenue et contenante mais ne sont toutefois pas limités à ces seuls aspects.
Plus particulièrement, les moyens d’assemblage mécaniques peuvent comprendre un couple mortaise-tenon.
Ces moyens d’assemblage mécaniques, formés par exemple par usinage, peuvent présenter une tolérance de +0,1 mm pour le moyen contenant et de -0,1mm pour le moyen contenu.
Le premier cycle peut comprendre également une étape b1) qui intègre la fourniture d’un conteneur pourvu d’un réceptacle 5 (figure 8) et d’un couvercle (figures 9 et 10). Le couvercle peut à cet égard comprendre un premier capot 6 (figure 9) et un deuxième capot 7 (figure 10).
Le réceptacle 5 comprend un logement 4A destiné à loger le deuxième ensemble B formé à l’étape a1).
En particulier, la forme du logement 4A est conforme à celle du deuxième ensemble B.
Le réceptacle 5 ainsi que le premier capot 6 et le deuxième capot 7 peuvent être formés à partir d’une plaque métallique, par exemple par emboutissage ou par pliage. La plaque métallique peut par exemple comprendre de l’acier inoxydable 1,4307 de 2 mm d’épaisseur.
L’étape b1) peut alors être suivie d’une étape c1) qui comprend le placement du deuxième ensemble B dans le réceptacle 5 et de fermer ce dernier de manière hermétique avec le premier capot 6 et le deuxième capot 7 (figure 11).
Par «fermer de manière hermétique», on entend une fermeture qui prévient tout échange gazeux entre l’environnement extérieur et l’intérieur du conteneur.
La fermeture du conteneur peut notamment comprendre la formation de cordons de soudure destinés à assurer l’étanchéité de ce dernier.
De manière alternative, la fermeture du conteneur peut être mise en œuvre par la technique TIG (Tungsten Inert Gas) sans métal d’apport.
Par ailleurs, selon certains exemples de réalisation, la fermeture hermétique du conteneur est exécutée de sorte que la pression à l’intérieur de ce dernier est inférieure à 10-3mbar.
A cet égard, un trou peut être ménagé au niveau d’une paroi du conteneur afin de pouvoir imposer un vide à l’intérieur de ce dernier au moyen d’une pompe.
L’étape c1) peut également être précédée d’une étape a2) de formation de points de soudure destinée à maintenir solidaires les éléments utiles 1, 2, 3, et 4 les uns aux autres.
L’étape c1) est suivie d’une étape d1) de compression isostatique à chaud dans une enceinte dédiée.
En particulier, lors de l’exécution de cette étape d1), le conteneur est soumis à un cycle thermique et sous une atmosphère à pression contrôlée, et notamment une pression comprise entre 500 bar et 2000 bar, par exemple 1000 bar.
Le cycle thermique peut comprendre une phase d’élévation de température jusqu’à un palier correspondant à la première température T1.
La phase d’élévation de température peut être d’une durée comprise entre 1 h et 4 h, tandis que le palier peut durer entre 1 h et 6 h.
La première température T1 peut être comprise entre 1000 °C et 1200 °C.
Cette étape d1) permet en particulier de sceller les différents éléments utiles entre eux.
L’action combinée de la pression contrôlée et du cycle thermique permet notamment la plastification et le fluage de la matière formant les éléments utiles. Il en résulte un ancrage et une solidarisation des éléments utiles entre eux.
Une diffusion d’éléments chimiques de la matière formant les parties vient éventuellement renforcer le scellement et la solidarisation entre ces dernières.
Le procédé selon la présente description peut comprendre une étape de traitement thermique f1) de la partie utile destinée à restaurer les propriétés mécaniques de ladite partie utile seulement susceptibles d’avoir été affectées lors de l’exécution de l’étape d1). Notamment, le traitement thermique f1) peut être destiné à renforcer la dureté de la lame, et en particulier conférer à cette dernière une dureté de type Rockwell C supérieure à 45 HRC.
A titre d’exemple, l’étape f1) peut comprendre une première phase et une seconde phase de recuit.
La première phase peut être exécutée à une température comprise entre 800°C et 900°C, et être d’une durée comprise entre 10 minutes et 60 minutes. A l’issue de cette première phase, la partie utile subit une trempe thermique, notamment une trempe à l’huile. La seconde phase de recuit est ensuite réalisée à une température comprise entre 400°C et 500°C, et est d’une durée comprise entre 1 heure et 6 heures.
Le procédé selon la présente description peut également comprendre une ou plusieurs étapes d’usinage intermédiaires, et notamment une étape e1), exécutée à l’issue de l’étape d1), d’usinage du deuxième ensemble B.
Selon une première variante avantageuse du procédé qui reprend certaines étapes décrites ci-avant, l’étape a1) d’assemblage peut être précédée par la formation d’une couche anti diffusion sur au moins une face d’un élément utile. La couche anti diffusion est notamment destinée à limiter la diffusion de la matière d’un élément utile vers un autre élément utile.
Selon une deuxième variante avantageuse du procédé qui reprend certaines étapes décrites ci-avant, une couche intermédiaire peut être formée sur une face d’un élément utile. Cette couche intermédiaire est notamment configurée pour diminuer le niveau de contraintes au niveau de l’interface formée entre deux éléments utiles au regard d’un même assemblage.
Le procédé selon la présente description permet ainsi de sceller les parties constitutives de la partie utile, et notamment des éléments utiles de nature différente.
Le scellement ainsi réalisé entre les éléments utiles en vue d’obtenir la partie utile, présente une résistance mécanique et environnementale bien supérieure à celle des parties utiles réalisées selon les procédés connus de l’état de la technique.
Selon une autre variante reprenant des éléments techniques présentés ci-avant, l’étape a1) peut faire intervenir une poudre d’un alliage métallique afin de former au moins un des éléments utiles.
Selon un premier exemple de cette variante, tel qu’illustré aux figures 12 et 13, seule la pointe de lame 1 est massive et est positionnée lors de l’exécution de l’étape c1) dans le conteneur (figure 12).
Le conteneur est ensuite fermé et rempli via un perçage formé dans le premier capot 6 par une poudre d’alliage métallique destinée à former la première 2, la deuxième 3, et la troisième 4 pièces intermédiaires (figure 13). La poudre métallique peut comprendre un acier du type Maraging 250 (1,6359).
L’exécution de l’étape d1) permet alors de former lesdites pièces intermédiaires 2, 3, et 4 et de les sceller à la pointe de lame 1.
Selon un deuxième exemple de cette variante, la première 2, la deuxième 3, et la troisième 4 pièces intermédiaires sont massives et sont positionnées lors de l’exécution de l’étape c1) dans le conteneur.
Le conteneur est ensuite fermé et rempli via un perçage formé dans le premier capot 6 par une poudre d’alliage métallique destinée à former la pointe de lame 1. La poudre d’alliage métallique peut comprendre un alliage composite céramique-métal (cermet) de type carbure de tungstène contenant 15 % massique de cobalt.
L’exécution de l’étape d1) permet alors de former la pointe de lame 1 et de la sceller auxdites pièces intermédiaires 2, 3, et 4.
Le premier cycle est alors suivi de l’exécution du deuxième cycle à la température T2 de manière à sceller une partie support 9 (figure 15) à la partie utile partiellement enrobée par le conteneur (figure 8).
Le deuxième cycle peut comprendre une étape a3) d’assemblage de la partie support 9 à la partie utile (figure 16).
La partie support 9 peut comprendre un alliage métallique du type AISI 4140 (1,7225).
La partie support 9 peut comprendre un bloc dans lequel est formé un profil de type queue d’aronde contenante 91 ainsi qu’un logement 92 et 93 au niveau de chacune des extrémités du profil 91. Le profil 91 peut avantageusement être réalisé par découpe par électroérosion fil tandis que les logements 92 et 93 peuvent être usinés par fraisage conventionnel. La tolérance peut être fixée à +0,1mm.
L’assemblage a3) peut être mis en œuvre via des moyens d’emboitement, et notamment une queue d’aronde contenue 81 et la queue d’aronde contenante 91 formée respectivement sur la pièce utile et la partie support 9.
À cet égard, la queue d’aronde 81 peut avoir été formée, par exemple par usinage, et selon une tolérance de l’ordre de - 0,1 mm, lors de l’exécution de l’étape e1). Cette étape e1) peut avantageusement être exécutée à partir d’une face du conteneur (figure 14).
Le deuxième cycle comprend ensuite l’exécution d’une étape b3) lors de laquelle les interfaces entre la partie utile et la partie support 9 sont isolées de manière hermétique. Cette isolation peut comprendre la formation d’un cordon de soudure sur le contour délimitant cette interface et/ou le positionnement de troisièmes capots 10 (figure 17). Les troisièmes capots 10, à l’instar du conteneur, peuvent par exemple être formés à partir d’une plaque métallique en acier inoxydable 1,4307 d’épaisseur 2mm, par pliage et/ou emboutissage de ladite plaque.
Le positionnement des troisièmes capots au niveau des logements 92 et 93 (figure 18) peut être complété par une soudure destinée à protéger de manière hermétique l’interface d’assemblage entre la partie utile et la partie support 9.
Cet assemblage est ensuite positionné dans une enceinte de compression isostatique à chaud afin d’exécuter l’étape d3).
En particulier, lors de l’exécution de cette étape d3), l’ensemble est soumis à un cycle thermique à une deuxième température T2, et sous une atmosphère à pression contrôlée, et par exemple une pression comprise entre 500 bars et 2000 bars, par exemple 1000 bars.
Le cycle thermique peut comprendre une phase d’élévation de température jusqu’à la deuxième température T2.
La deuxième température T2 est par exemple ajustée de sorte qu’à l’issue de l’étape d3), la dureté de type Rockwell C de la partie support soit inférieure à 26 HRC.
La deuxième température T2 peut être comprise entre 600 °C et 700 °C.
La phase d’élévation de température peut être d’une durée comprise entre 1 h et 4 h, tandis que le palier peut durer entre 1 h et 6 h.
Cette étape d3) permet en particulier de sceller la partie utile et la partie support 9.
L’action combinée de la pression contrôlée et du cycle thermique permet notamment la plastification et le fluage de la matière formant les parties utile et support. Il en résulte un ancrage et une solidarisation des parties utile et support entre elles.
De préférence, aucun traitement thermique n’est exécuté à la suite du deuxième cycle de sorte que la dureté de la partie support n’est pas affectée lors du procédé de fabrication selon la présente description.
Enfin, une ou plusieurs étapes d’usinage peuvent être exécutées à l’issue du deuxième cycle de manière à conférer la forme et les fonctions désirées à la pièce outil ainsi fabriquée.
Ces étapes d’usinage peuvent comprendre du fraisage, du perçage, de l’électroérosion par fil (figure 19).
Ainsi, le procédé selon la présente description présente l’intérêt de ne pas faire intervenir de matériau à l’état liquide pour le scellement des parties utile et support.
En outre, les exigences en termes de tolérances de formation, notamment par usinage, des éléments utiles et de la partie support sont moins contraignantes que celles rencontrées lors de la mise en œuvre des procédés connus de l’état de la technique.
Enfin, le procédé selon la présente description permet le scellement de parties à formes plus complexes.
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[12] US 2,944,323
[13] WO 2004/103617 A1
[14] ASTM18 - Rockwell C hardness test
Claims (21)
- Procédé de fabrication par compression isostatique à chaud d’une pièce outil (100) qui comprend une partie utile, formée par des éléments utiles (1, 2, 3, 4), et une partie support (9),
le procédé comprenant deux cycles de compression isostatique à chaud:
- un premier cycle, exécuté à une première température T1, et
- un deuxième cycle, exécuté à une deuxième température T2 inférieure à la première température T1,
le premier cycle étant destiné à sceller les éléments utiles (1, 2, 3, 4) de la partie utile, et le deuxième cycle étant destiné à sceller la partie utile sur la partie support (9). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier cycle comprend les étapes suivantes:
a1) assembler les éléments utiles (1, 2, 3, 4);
b1) fournir un conteneur pourvu d’un réceptacle (5) et d’un couvercle (6, 7);
c1) placer l’assemblage formé lors de l’étape a1) dans le réceptacle (5) et positionner le couvercle (6, 7) sur le réceptacle (5) de manière à fermer de manière hermétique le conteneur;
d1) soumettre le conteneur fermé de manière hermétique à un traitement thermique à la première température T1, et à un environnement d’une pression comprise entre 500 bars et 2000 bars, de manière à sceller les éléments utiles de la partie utile entre eux. - Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’un des éléments utiles (1, 2, 3, 4) est formé par une poudre d’un alliage métallique remplissant un espace vacant dans le conteneur.
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel les éléments utiles (1, 2, 3, 4) assemblés lors de l’étape a1) sont massifs.
- Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel la fermeture hermétique du conteneur est exécutée de sorte que la pression à l’intérieur de ce dernier est inférieure à 10-3mbar.
- Procédé selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel le logement formé par le conteneur présente une morphologie conforme à la partie utile.
- Procédé selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel l’étape a1) est exécutée au moyen d’emboîtements complémentaires formés sur les éléments utiles (1, 2, 3, 4).
- Procédé selon l’une des revendications 2 à 7, dans lequel le premier cycle comprend une étape a2), exécutée avant l’étape c1), de formation de points de soudure destinés à maintenir solidaires les éléments utiles (1, 2, 3, 4) entre eux.
- Procédé selon l’une des revendications 2 à 8, dans lequel le premier cycle comprend une étape f1) de traitement thermique de la partie utile, ledit traitement thermique étant exécuté avant le deuxième cycle.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel une couche anti diffusion est formée à l’interface formée entre au moins deux de éléments utiles (1, 2, 3, 4), ladite couche anti diffusion étant destinée à limiter la diffusion de matière entre les éléments utiles (1, 2, 3, 4).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel une couche intermédiaire est intercalée entre au moins deux des éléments utiles (1, 2, 3, 4), la couche intercalaire étant configurée pour permettre un soudage par diffusion et diminuer le niveau de contraintes au niveau de l’interface formée entre les éléments utiles (1, 2, 3, 4) au regard d’une partie utile dépourvue de ladite couche intermédiaire.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel la première température T1 est comprise entre 1000 °C et 1200 °C.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel le traitement thermique de l’étape d1) est exécuté selon une durée comprise entre 1 heure et 6 heures.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel le deuxième cycle comprend les étapes suivantes:
a3) assembler la partie utile avec la partie support (9);
b3) isoler de manière hermétique les interfaces entre la partie utile et la partie support (9);
d3) soumettre le conteneur fermé de manière hermétique à un traitement thermique à la deuxième température T2, et à un environnement d’une pression comprise entre 500 bar et 2000 bar, de manière à sceller les parties utile et support entre elles. - Procédé selon la revendication 14, dans lequel la deuxième température T2 est ajustée de sorte qu’à l’issue de l’étape d3), la dureté de type Rockwell C de la partie support (9) soit inférieure à 26 HRC.
- Procédé selon la revendication 15, dans lequel la deuxième température T2 est comprise entre 600 °C et 700 °C.
- Procédé selon l’une des revendications 14 à 16, dans lequel le traitement thermique de l’étape d3) comprend une phase de montée en température à la deuxième température T2 d’une durée comprise entre 1 heure et 4 heures, suivie d’une phase de maintien à la deuxième température T2 d’une durée comprise entre 1 heure et 8 heures.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 17, dans lequel le premier cycle comprend une étape e1), exécutée à l’issue de l’étape d1), d’usinage de la partie utile.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 18, dans lequel la pièce outil est une lame de cisaillement.
- Procédé selon la revendication 19, dans lequel la lame de cisaillement est une lame de cisaillement d’un bloc obturateur de puits d’un équipement de forage.
- Pièce outil d’une machine-outil, ladite pièce étant produite par le procédé selon l’une des revendications 1 à 20.
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