FR3115220A1 - Moule carapace de fonderie pour pièces métalliques - Google Patents
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Abstract
Moule carapace de fonderie pour pièces métalliques
L’invention concerne un moule carapace 10 pour métal fondu définissant une cavité 11 destinée à recevoir le métal fondu, ledit moule carapace étant composé d’un corps de moule carapace 13 recouvert d’une paroi interne 12 destinée à être en contact avec le métal fondu, caractérisé en ce que le corps de moule carapace comprend un premier stucco et un deuxième stucco, le deuxième stucco ayant un coefficient de retrait supérieur au coefficient de retrait du premier stucco.
Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente invention concerne le domaine des procédés de coulée de métaux fondus, et plus précisément le domaine des moules utilisables pour la coulée des métaux fondus.
Pour la fabrication de pièces métalliques, il est classique de couler un métal fondu dans un moule. Après refroidissement, le métal épouse la forme du moule carapace dans lequel il a été placé, et l’on obtient ainsi un lingot ou une pièce aux dimensions souhaitées. Au cours d’un tel procédé, le métal est introduit sous forme liquide, et donc à haute température dans le moule. Au cours du refroidissement et notamment à cause des coefficients de dilatation thermiques différents entre le moule et le métal, le moule contraint le métal, ce qui peut causer l’apparition de défauts cristallins, notamment des criques ou des grains recristallisés qui demeurent dans la pièce après refroidissement. De tels défauts peuvent détériorer les caractéristiques mécaniques des pièces ainsi produites ce qui peut ne pas être acceptables dans certains domaines technologiques, par exemple l’aéronautique.
Il a été proposé de réaliser des moules carapaces moins résistants afin d’éviter que ceux-ci ne contraignent trop fortement les métaux coulés. Toutefois, cette solution n’est pas acceptable, car il a été observé que ces moules carapaces moins résistants présentent des risques de ruptures pendant la manipulation, et également des risques de fuites du métal en fusion, notamment au moment de la verse ou en début de solidification.
Ainsi, il demeure un besoin pour un moule carapace pour métal fondu conservant des propriétés mécaniques équivalentes aux moules carapaces utilisés à haute température, mais permettant d’éviter la formation de défauts structurels et/ ou cristallins dans la pièce finale au cours de la fabrication.
Pour satisfaire à ce besoin, les inventeurs proposent un moule carapace pour métal fondu définissant une cavité destinée à recevoir le métal fondu, ledit moule carapace étant composé d’un corps de moule carapace recouvert d’une paroi interne destinée à être en contact avec le métal fondu, caractérisé en ce que le corps de moule carapace comprend un premier stucco et un deuxième stucco, le deuxième stucco ayant un coefficient de retrait supérieur au coefficient de retrait du premier stucco.
Dans un tel moule carapace, l’association du premier et du deuxième stucco permet d’obtenir un corps de moule carapace ayant d’une part des caractéristiques mécaniques à haute températures satisfaisantes pour éviter tout risque de rupture lors de la manipulation du moule carapace ou à la verse et permettant d’autre part une évolution microstructurale du moule carapace au cours du refroidissement, du fait de la différence des coefficients de retrait entre les deux stuccos. Cette évolution microstructurale permet la dégradation de ses propriétés mécaniques mais seulement après la verse du métal en fusion, de sorte que le moule carapace applique significativement moins de contraintes sur le métal en cours de refroidissement qu’un moule carapace de l’art antérieur. De plus, le retrait important du moule carapace en fin de solidification, notamment grâce à la présence du deuxième stucco, permet de faciliter le décochage du moule carapace en fin de procédé.
Au sens de l’invention, le « coefficient de retrait » est défini comme l’évolution dimensionnelle relatif observée pour une pièce ayant été chauffée depuis la température ambiante jusqu’à une température prédéfinie, par exemple 1500°C puis refroidie à température ambiante.
Le coefficient de retrait peut être déterminé par un dilatomètre. Par exemple, en appliquant une rampe de chauffage de quelques degrés par minute jusqu’à une température cible, éventuellement un pallier de quelques minutes à quelques heures à la température cible, et un refroidissement contrôlé ayant une rampe prédéfinie, identique ou différente, mais de signe opposé à la rampe de chauffage.
Le coefficient de retrait est défini de sorte que si la pièce a vu sa dimension diminuer, le coefficient de retrait est positif. En notant L0la dimension initiale de la pièce avant chauffage et L1la dimension après chauffage à X °C puis refroidissement, le coefficient de retrait à X °C noté αX°Cpeut être déterminé par la formule : αX°C= (L0– L1)/L0.
Au sens de l’invention, il sera entendu quand cela n’est pas précisé que les coefficients de retrait considérés pour le premier et le deuxième stucco sont considérés à la température de fusion du métal fondu auquel le moule carapace est destiné.
Dans un mode de réalisation, la différence des coefficients de retrait entre le premier et le deuxième stucco est supérieure à 0,2 % voire supérieure ou égale à 0,4 %.
Les inventeurs ont constaté qu’une telle différence entre les coefficients de retrait permet d’accroître davantage encore l’évolution microstructurale au cours du refroidissement et d’obtenir ainsi une plus grande diminution des contraintes appliquées au métal.
Dans un mode de réalisation, le premier stucco est choisi parmi de l’alumine tabulaire, de l’alumine électrofondue, de la mullite électrofondue, un composite mullite-zircone, un composite silico-alumineuse, de la zircone, du zircon, de l’yttrine, de la silice électro fondue ou un mélange de ces composés.
Dans un mode de réalisation, le deuxième stucco est choisi parmi le carbure de silicium, le titanate d’aluminium, de la mullite réactive ou un mélange de ces composés. De préférence le deuxième stucco est du titanate d’aluminium électrofondu.
Un tel deuxième stucco présente notamment les avantages d’être stable avant la coulée, de ne pas être réactif vis-à-vis du reste de la carapace, de présenter un retrait important peu de temps après la verse, et d’assurer l’évolution microstructurale du moule carapace lors du refroidissement.
Ces avantages permettent de faciliter la fabrication d’un moule carapace comprenant les deux stuccos tout en assurant au moule carapace résultant une bonne résistance mécanique jusqu’à la verse du métal fondu.
Comme décrit ci-dessus, le moule carapace est composé d’un corps de moule carapace recouvert d’une paroi interne.
La paroi interne est destinée à être en contact avec le métal fondu introduit dans la cavité pour et garantit l’état de surface et inertie chimique vis-à-vis de métal. Elle influence peu les propriétés mécaniques du moule carapace. La tenue mécanique et thermomécanique du moule carapace sont assurées par les couches de renfort.
Dans un mode de réalisation, la paroi interne est composée d’un stucco de contact, qui peut être choisi parmi de l’alumine tabulaire, de l’alumine électrofondue, de la mullite électrofondue, un composite mullite-zircone, un composite silico-alumineuse, de la zircone, du zircon, de l’yttrine, de la silice électro fondue ou un mélange de ces composés.
Dans un mode de réalisation, le stucco de contact est choisi identique au premier stucco.
Dans un mode de réalisation, l’épaisseur de la couche de contact est comprise entre 50 et 250 µm.
Dans un mode de réalisation, le ratio entre la teneur en premier stucco et la teneur en deuxième stucco ne varie pas dans l’épaisseur du corps de moule carapace.
En d’autres termes, dans ce mode de réalisation le corps de moule carapace est composé d’un unique mélange de premier de deuxième stuccos dont la composition n’évolue pas significativement dans le corps du moule carapace. Par exemple, le second stucco peut représenter entre 10 et 50 % de la masse totale des deux stuccos.
Ce mode de réalisation permet d’obtenir un moule carapace sans avoir à adapter les procédés connus de l’art antérieur. En effet, une fois le mélange de premier et deuxième stuccos réalisé, un procédé de préparation du moule carapace classique peut être utilisé.
Dans un mode de réalisation alternatif, le corps de moule carapace peut être composé d’une pluralité de couches comprenant soit uniquement du premier stucco, soit un mélange des premier et de deuxième stuccos, de manière analogue à ce qui vient d’être décrit.
Dans un mode de réalisation alternatif, le corps de moule carapace peut être composé d’une pluralité de couches comprenant majoritairement du premier stucco et de couches comprenant majoritairement du deuxième stucco.
Par « comprenant majoritairement du premier stucco », il est entendu que la couche comprend en masse plus de premier stucco que de deuxième stucco, indépendamment de la teneur totale en autres composants. Respectivement, il est entendu une chose similaire par « majoritairement du deuxième stucco ».
Par exemple, un tel moule carapace peut être composé d’une alternance de couches ne comprenant pas de deuxième stucco et de couches ne comprenant pas de premier stucco.
On ne sort toutefois pas du cadre de l’invention lorsque plusieurs couches successives sont majoritairement composées de premier stucco ou de deuxième stucco.
Dans ce mode de réalisation, le nombre de couches composant le corps de moule carapace peut être compris entre 3 et 20, et de préférence est compris entre 5 et 10.
Dans un tel mode de réalisation, le retrait du second stucco permet une dégradation plus importante du moule carapace, qui voit ses propriétés mécaniques dégradées lors de l’étape de refroidissement ce qui permet de diminuer les contraintes appliquées par le moule au métal.
Dans un mode de réalisation de l’invention, dans un corps de moule carapace de l’invention comprend, la masse des stuccos varie de 40 à 60 % de la masse totale du corps de moule carapace.
Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un moule carapace pour métal fondu, comprenant :
- une étape de fabrication d’un modèle de moule carapace en cire ; et
- au moins une étape de trempage dans une barbotine de renfort ; et
- au moins une étape de stucage et séchage ; et
- une étape de décirage et de traitement thermique,
le stucco appliqué lors de l’étape de stucage comprenant un mélange d’un premier stucco et d’un deuxième stucco, le deuxième stucco présentant un coefficient de retrait supérieur au coefficient de retrait du premier stucco.
Selon cet aspect de l’invention, les premier et deuxième stuccos peuvent être conformes à ceux décrits ci-dessus.
Les étapes de stucage peuvent être réalisées par des procédés connus, par exemple, à l’aide d’une saupoudreuse ou d’un lit fluidisé.
Selon un mode de réalisation dans ce mode de réalisation, la succession d’une étape de trempage dans une barbotine de renfort, suivie d’une étape de stucage et séchage peuvent être répétées entre 3 et 20 fois, de préférence entre 5 et 10 fois.
Ces étapes permettent l’épaississement du moule carapace, depuis le modèle en cire et vers l’extérieur du moule carapace.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, avant l’étape de trempage dans une barbotine de renfort, une étape de trempage dans une barbotine de contact et une étape de stucage par un stucco de contact permettant d’obtenir la paroi interne sur le moule carapace final.
Dans un mode de réalisation, chacune des étapes de trempage dans une barbotine de renfort est immédiatement suivie par une étape de stucage et séchage. Une telle étape de stucage et séchage, avant une nouvelle étape de trempage, permet d’assurer que la couche obtenue par l’étape de trempage soit bien consolidée avant de déposer la couche suivante.
Selon un autre de ses aspects l’invention concerne un procédé de fabrication d’un moule carapace pour métal fondu comprenant :
- une étape de fabrication d’un modèle de moule carapace en cire ; et
- au moins une étape de trempage dans une barbotine de renfort suivie d’une première étape de stucage ; et
- au moins une étape de trempage dans une barbotine de renfort suivie d’une deuxième étape de stucage ; et
- une étape de décirage et de traitement thermique,
le stucco appliqué lors de la première étape de stucage comprenant majoritairement un premier stucco et le stucco appliqué lors de la deuxième étape de stucage comprenant majoritairement un deuxième stucco, le deuxième stucco présentant un coefficient de retrait supérieur au coefficient de retrait du premier stucco.
Selon cet aspect de l’invention, les premier et deuxième stuccos peuvent être conformes à ceux décrits ci-dessus.
Les étapes de trempage peuvent être réalisées par des procédés connus, par exemple, à l’aide d’une saupoudreuse ou d’un lit fluidisé.
Selon un mode de réalisation dans ce mode de réalisation, la succession d’une étape de trempage dans une barbotine de renfort et d’une première ou une deuxième étape de stucage et séchage peut être répétée entre 3 et 20 fois, de préférence entre 5 et 10 fois.
Ces étapes permettent l’épaississement du moule carapace, depuis le modèle en cire et vers l’extérieur du moule carapace.
Un tel procédé permet donc de réaliser un moule carapace tel que décrit précédemment composé d’une pluralité de couches.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, avant l’étape de trempage dans une barbotine de renfort, une étape de trempage dans une barbotine de contact suivie d’une étape de stucage avec un stucco de contact permettant d’obtenir la paroi interne sur le moule carapace final.
Dans un mode de réalisation, chacune des étapes de trempage dans une barbotine de renfort est immédiatement suivie par une étape de stucage et séchage. Une telle étape de stucage et séchage, avant une nouvelle étape de trempage permet d’assurer que la couche obtenue par l’étape de trempage soit bien consolidée avant de déposer la couche suivante.
Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne également un procédé de fabrication d’une pièce en métal, comprenant :
- une étape de verse de métal fondu dans un moule carapace tel que décrit ci-dessus ;
-une étape de solidification ; et
- une étape de refroidissement du métal solidifié.
Un tel procédé de fabrication permet d’obtenir une pièce en métal présentant moins de défauts cristallins qu’une pièce réalisée dans un moule carapace de l’art antérieur, puisqu’en effet, une pièce en métal est moins contrainte au cours de sa solidification et/ou de son refroidissement dans un moule carapace tel que décrit ci-dessus, du fait du retrait du deuxième stucco peu de temps après la verse du métal fondu.
L’invention est à présent décrite en référence aux figures présentées à titre illustratif et ne devant pas être interprétées de manière limitative.
La figure 1 illustre la variation de dimension observée pour un échantillon de premier stucco lorsque la température de celui est augmentée, par exemple jusqu’à 1300°C, puis ramenée à température ambiante.
La figure 1 illustre également le comportement de retrait observé pour un échantillon de deuxième stucco. En effet, la longueur L1d’un échantillon de deuxième stucco après chauffage à T1et refroidissement à la température initiale T0est inférieure à la longueur initiale L0de l’échantillon.
Sur la figure 1, le trait plein illustre le comportement d’un premier stucco, tandis que la courbe pointillée illustre le comportement d’un deuxième stucco.
Les flèches illustrent le sens dans lequel les courbes sont parcourues (chauffage ou refroidissement). Les indications 6, 7, 8 et 9 illustrent sur la figure 1, les points correspondant aux paramètres pour l’obtention des figures 6, 7, 8 et 9 respectivement.
Sans vouloir être liés par la théorie, les inventeurs considèrent que lors de la montée en température, on observe un allongement pour les deux stuccos qui correspond à la dilatation thermique des matériaux lorsque la température augmente.
Une fois la température élevée, un retrait, causé par la densification intervient pour le deuxième stucco, mais pas pour le premier stucco.
Lorsque la température est de nouveau diminuée, une contraction exactement inverse à la dilatation est observée pour le premier stucco.
En revanche, le comportement observé pour le deuxième stucco est différent, d’une part le phénomène de retrait compense en partie la dilatation lors du chauffage, puis d’autre part après un refroidissement, et donc une contraction thermique, il est observé un retrait qui n’est pas réversible.
Il peut être observé sur la figure 1 qu’un deuxième stucco présente un coefficient de retrait plus important qu’un premier stucco.
La figure 2 représente de manière schématique un moule carapace 10 dans un premier mode de réalisation. Le moule carapace 10 est composé d’une paroi interne 12 dont la surface S délimite une cavité 11, laquelle est destinée à être au contact du métal fondu. Le moule carapace 10 comprend en outre un corps de moule carapace 13.
Il est entendu qu’il n’y a pas d’interface physique entre les couches du moule carapace 10, et en particulier pas entre la paroi interne 12 et le corps de moule carapace 13.
Dans l’exemple de réalisation représenté en figure 2, le corps de moule carapace 13 présente une composition homogène, c’est-à-dire que le ratio entre la teneur en premier stucco et la teneur en deuxième stucco ne varie pas significativement dans le corps de moule carapace 13.
Le moule carapace est, sur la figure 2, représenté avec une cavité 11 cylindrique. On ne sort aucunement du cadre de l’invention lorsque la forme de la cavité délimitée par le moule carapace est différente. Il peut notamment être avantageux de proposer des moules carapaces dont la cavité ait la forme que l’on souhaite donner à la pièce de métal. En effet, cela permet de s’affranchir d’étapes ultérieures de mise en forme.
Par exemple, la cavité peut avoir la forme d’une aube de turbine aéronautique.
Dans le mode de réalisation décrit en figure 3, le moule carapace 20 est composé d’une paroi interne 22 dont la surface S délimite une cavité 21 et d’un corps de moule carapace, composé de plusieurs couches 24a, 24b, 24c, 24d et 24e.
Chacune de ces couches 24a à 24e présente une teneur en premier et deuxième stucco particulière. Par exemple, dans un mode de réalisation de l’invention, il est possible d’avoir un moule carapace dont les couches 24a, 24c et 24e comprennent majoritairement du premier stucco tandis que les couches 24b et 24d comprennent majoritairement du deuxième stucco.
Dans un autre mode de réalisation, il est possible que les couches centrales, par exemple les couches 24b, 24c et 24d comprennent majoritairement du deuxième stucco tandis que les couches 24a et 24e comprennent majoritairement du premier stucco.
La figure 3 illustre un mode de réalisation dans lequel le corps de moule carapace est constitué de 5 couches, mais on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque celui-ci présente plus ou moins de couches.
Dans un mode de réalisation, la première couche 24a du corps de moule carapace, c’est-à-dire la couche du corps de moule carapace en contact avec la paroi interne 22 est une couche comprenant majoritairement du premier stucco.
Dans un mode de réalisation, la couche externe du corps de moule carapace 24e, c’est-à-dire la couche du corps de moule carapace 23 la plus éloignée de la paroi interne 22 comprend majoritairement du premier stucco.
Les inventeurs ont en effet constaté que ce mode de réalisation permet de disposer d’une part d’un moule carapace ayant une solidité encore améliorée, sans perte significative sur l’influence du second stucco.
La figure 4 représente un procédé 100 de préparation d’un moule carapace selon un mode de réalisation de l’invention. Par exemple, le procédé 100 représenté en figure 4 peut permettre d’obtenir un moule carapace selon le mode de réalisation décrit en figure 2.
Le procédé 100 comprend une étape de fabrication 101 d’un modèle en cire pour le moule carapace.
Dans un mode de réalisation, le modèle de cire peut être en réalité une grappe comprenant plusieurs modèles de cire, et permettant la fabrication de plusieurs moules carapace à la fois.
Le procédé 100 comprend ensuite un trempage 102 dans une barbotine de contact suivie d’une étape 103 de stucage et séchage.
La barbotine de contact peut être composée d’une poudre céramique, par exemple une poudre d’alumine, de zircon, de zircone, de mullite, de silice électrofondue, d’alumino-silicate, de silice colloïdale ou d’un mélange de plusieurs des espèces ci-dessus.
L’étape de stucage peut être réalisée avec une saupoudreuse ou à l’aide d’un lit fluidisé. L’étape de séchage peut être réalisée à l’air libre ou dans une enceinte à hygrométrie contrôlée.
Les étapes 102 et 103 permettent d’obtenir à la surface du modèle, une première couche formée de la barbotine et du stucco de contact, qui formera la paroi de contact.
Le procédé comprend ensuite une étape de trempage 104 du modèle de cire recouvert par le stucco de contact dans une barbotine de renfort.
La barbotine de renfort peut être composée d’alumine, de zircon, de zircone, de mullite, de silice électrofondue, d’alumino-silicate, de silice colloïdale ou d’un mélange de plusieurs des espèces ci-dessus.
Dans un mode de réalisation, la barbotine de contact est choisie identique à la barbotine de renfort.
Cette étape 104 est suivie d’une étape de stucage et séchage 105, afin de former, à la surface de la couche de contact une couche de renfort.
L’étape de stucage et séchage 105 peuvent être réalisée par des méthodes similaires à celles de l’étape 103.
Comme illustré, l’étape de trempage 104 dans une barbotine de renfort suivie d’une étape de stucage et séchage 105 peuvent être répétées si nécessaire, comme figuré par la flèche 106.
La répétition des étapes 104 et 105 permet d’augmenter l’épaisseur du corps de moule carapace par un épaississement à chaque nouvelle étape de stucage et séchage 105.
Par exemple, répéter les étapes 104 et 105 entre 5 et 10 fois permet d’obtenir un moule carapace d’une épaisseur comprise entre 5 et 15 mm, particulièrement adaptée à la fabrication d’une pièce en métal fondu.
Une fois la largeur de moule carapace souhaitée atteinte via les étapes 104 et 105, et le cas échéant leurs répétitions 106, le procédé comprend en outre une étape 107 de décirage et de traitement thermique.
Par exemple, l’étape de décirage peut être réalisée dans un autoclave ou dans un four flash et l’étape de traitement thermique dans un four de cuisson céramique.
Cette étape permet de finaliser le moule carapace et de le préparer à la coulée de métal fondu.
La figure 5 présente un autre procédé 200 de préparation d’un moule carapace.
Les étapes 201 à 203 sont identiques aux étapes 101 à 103.
Le procédé 200 comprend une étape 204a de trempage dans une barbotine de renfort.
Cette étape 204a peut être réalisée dans des conditions similaires à l’étape 104 décrite précédemment.
Ensuite, l’étape 205a de stucage et séchage, avec un stucco comprenant majoritairement du premier stucco, permet la création d’une couche de corps de moule carapace comprenant majoritairement du premier stucco à la surface de la paroi interne créée sur le modèle en cire à l’issue de l’étape 203.
Par exemple, l’épaisseur de la couche ainsi créée peut être comprise entre 0,5 et 2 mm.
Ensuite, le procédé 200 comprend une étape 204b de trempage dans une barbotine de renfort.
Cette étape est suivie par une étape de stucage et séchage 205b, avec un stucco comprenant majoritairement du deuxième stucco et permet d’obtenir une couche de corps de moule carapace comprenant majoritairement du deuxième stucco.
Par exemple, l’épaisseur de la couche ainsi créée peut être comprise entre 0,5 et 2 mm.
Par la répétition 206 des étapes 204a, 205a, 204b et 205b, on peut obtenir un corps de moule carapace comprenant une alternance de couches comprenant majoritairement un premier stucco et de couches comprenant majoritairement un deuxième stucco d’épaisseur choisie.
En plus des deux procédés décrits en figures 4 et 5, il faut comprendre que la description s’étend aux procédés comprenant les mêmes étapes que celles décrites, mais dont l’ordre des étapes est différent ainsi qu’au procédé comprenant les mêmes étapes mais comprenant des étapes de stucage réalisées avec des stuccos de compositions distinctes.
Par exemple, on peut également envisager un procédé non illustré comprenant l’enchaînement des étapes 201, 202, 203, 204a, 204b, les étapes 205a et 205b répétées trois fois, puis les étapes 204a, 204b et enfin 207, pour parvenir à un moule carapace comprenant une paroi interne, et dont le corps comprend cinq couches, les premières et cinquièmes couches comprenant majoritairement du premier stucco, tandis que les deuxième, troisième et quatrième couches comprenant majoritairement du deuxième stucco.
Les figures 6 à 9 sont des micrographies obtenues par microscopie électronique à balayage de stucco à différentes températures.
Les figures 6 et 7 correspondent au premier stucco respectivement à une température élevée, et après montée en température puis refroidissement. Il n’est pas observé de retrait particulier du stucco après l’augmentation de la température.
Les figures 8 et 9 correspondent au deuxième stucco respectivement à une température élevée, et après montée en température puis refroidissement.
La figure 9 illustre bien le retrait plus important pour un deuxième stucco.
L’invention va à présente être décrite au moyen d’un exemple qui ne doit pas être interprété de manière limitative de l’invention.
Un moule carapace selon l’invention est obtenu par trempage dans des barbotines de contact et de renfort à base d’alumine, de mullite et de silice colloïdale et stucage. Les stuccos de contact et le premier stucco sont de la mullite.
Le moule carapace comprend une couche de contact d’une épaisseur de 100 µm, et 6 couches de renfort chacune d’une épaisseur de 250 à 500 µm.
Les première, deuxième cinquième et sixième couches de renfort sont réalisée avec le premier stucco, i.e. de la mullite tandis que les trois et quatrième couches du moule carapace sont réalisées avec un mélange dans un ratio massique 7 : 3 du premier stucco et du deuxième stucco, ici en titanate d’aluminium électrofondu.
La préparation du moule carapace comprend en outre une étape de glaçage réalisée de manière habituelle dans la fabrication d’un moule carapace, c’est-à-dire par trempage du moule carapace final obtenu dans la barbotine de renfort, sans stucage ultérieur.
Le moule carapace est enfin déciré dans un autoclave à 180 °C et 8 bars de pression pendant 20 minutes. La cuisson du moule carapace est ensuite en augmentant la température de 10°C/min jusqu’à 1150 °C. Après un palier d’une heure à 1150 °C, la température est diminuée de 10°C/min jusqu’à revenir à température ambiante.
Le moule carapace est préchauffé à 1500°C, puis un superalliage base nickel chrome de type AM1 a été coulé sous vide dans un four sous vide de type Bridgman. La solidification est contrôlée de manière à obtenir des pièces en structure monocristalline.
Le décochage de la pièce est alors opéré par destruction du moule carapace. L’analyse du moule carapace après le décochage de la pièce montre un retrait significatif du deuxième stucco par rapport au premier stucco, caractérisé notamment par une évolution microstructurale faisant apparaitre un retrait significatif du deuxième stucco par rapport au premier stucco.
Enfin, l’analyse de la pièce métallique obtenue montre moins de défaut cristallins qu’une pièce témoin obtenue avec un moule carapace de l’art antérieur.
Claims (10)
- Moule carapace (10) pour métal fondu définissant une cavité (11) destinée à recevoir le métal fondu, ledit moule carapace étant composé d’un corps de moule carapace (13) recouvert d’une paroi interne (12) destinée à être en contact avec le métal fondu, caractérisé en ce que le corps de moule carapace comprend un premier stucco et un deuxième stucco, le deuxième stucco ayant un coefficient de retrait supérieur au coefficient de retrait du premier stucco.
- Moule carapace (10) pour métal fondu selon la revendication 1, dans lequel le premier stucco est choisi parmi de l’alumine tabulaire, de l’alumine électrofondue, de la mullite électrofondue, un composite mullite-zircone, un composite silico-alumineuse, de la zircone, du zircon, de l’yttrine, de la silice électro fondue ou un mélange de ces composés.
- Moule carapace (10) pour métal fondu selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième stucco est du titanate d’aluminium électrofondu.
- Moule carapace (10) pour métal fondu selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la paroi interne est composée d’un stucco de contact identique au premier stucco.
- Moule carapace (10) pour métal fondu selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le corps de moule carapace est composé d’une pluralité de couches comprenant majoritairement du premier stucco et de couches comprenant majoritairement du deuxième stucco.
- Moule carapace (10) pour métal fondu selon la revendication 5, dans lequel le nombre de couches est compris entre 5 et 10.
- Moule carapace (10) pour métal fondu selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le ratio entre la teneur en premier stucco et la teneur en deuxième stucco ne varie pas dans l’épaisseur du corps de moule carapace.
- Procédé (100) de fabrication d’un moule carapace (10) pour métal fondu comprenant :
- une étape de fabrication d’un modèle de moule carapace en cire (101); et
- au moins une étape de trempage dans une barbotine de renfort (104) ; et
- au moins une étape de stucage et séchage (105) ; et
- une étape de décirage et de traitement thermique (107),
le stucco appliqué lors de l’étape de stucage comprenant un mélange d’un premier stucco et d’un deuxième stucco, le deuxième stucco présentant un coefficient de retrait supérieur au coefficient de retrait du premier stucco. - Procédé (200) de fabrication d’un moule carapace (20) pour métal fondu comprenant :
- une étape de fabrication d’un modèle de moule carapace en cire (201) ; et
- au moins une étape de trempage dans une barbotine de renfort (204a) suivie d’une première étape de stucage (205a) ; et
- au moins une étape de trempage dans une barbotine de renfort (204b) suivie d’une deuxième étape de stucage (205b) ; et
- une étape de décirage et de traitement thermique (207),
le stucco appliqué lors de la première étape de stucage comprenant majoritairement un premier stucco et le stucco appliqué lors de la deuxième étape de stucage comprenant majoritairement un deuxième stucco, le deuxième stucco présentant un coefficient de retrait supérieur au coefficient de retrait du premier stucco. - Procédé de fabrication d’une pièce en métal, comprenant :
- une étape de verse de métal fondu dans un moule carapace selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ; et
- une étape de solidification ; et
- une étape de refroidissement du métal solidifié.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2961751A (en) * | 1958-01-13 | 1960-11-29 | Misco P C Inc | Ceramic metal casting process |
| GB987768A (en) * | 1962-05-01 | 1965-03-31 | Union Carbide Corp | Improvements in and relating to moulds |
| JP3238166B2 (ja) * | 1991-08-01 | 2001-12-10 | 三菱重工業株式会社 | 精密鋳造用鋳型の製造方法 |
| FR3071422A1 (fr) * | 2017-09-28 | 2019-03-29 | Safran | Moule carapace en ceramique pour fonderie a la cire perdue |
-
2020
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| FR3071422A1 (fr) * | 2017-09-28 | 2019-03-29 | Safran | Moule carapace en ceramique pour fonderie a la cire perdue |
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