FR3142366A1 - Process for forming a part by inserting a metal alloy in the solid state into a cluster - Google Patents
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Abstract
Procédé de formation d’une pièce par insertion d’un alliage métallique à l’état solide dans une grappe Procédé de formation de pièces de fonderie dans une grappe (100), la grappe (100) comprenant une pluralité de moules (103) formés par une méthode à cire perdue, chaque moule de la pluralité de moules (103) présentant un sommet, une partie intermédiaire et un fond, un godet (101) configuré pour recevoir du métal liquide, une couronne (102) reliant le godet (101) à chaque sommet de chaque moule de la pluralité de moules (103), un descendant (106) relié au godet, une pluralité de sélecteurs de grains (104) chacun relié à un fond d’un moule de la pluralité de moules (103), le procédé comprenant , l’insertion d’un premier alliage métallique (10) à l’état solide dans la grappe (100), la liquéfaction du premier alliage (10) inséré dans la grappe (100), la solidification dirigée du premier alliage (10) ainsi liquéfié. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.Method of forming a part by inserting a solid state metal alloy into a sprue Method of forming castings in a sprue (100), the sprue (100) comprising a plurality of formed molds (103) by a lost wax method, each mold of the plurality of molds (103) having a top, an intermediate part and a bottom, a bucket (101) configured to receive liquid metal, a crown (102) connecting the bucket (101 ) at each top of each mold of the plurality of molds (103), a descender (106) connected to the bucket, a plurality of grain selectors (104) each connected to a bottom of a mold of the plurality of molds (103 ), the method comprising, the insertion of a first metal alloy (10) in the solid state in the cluster (100), the liquefaction of the first alloy (10) inserted in the cluster (100), the directed solidification of the first alloy (10) thus liquefied. Figure for abstract: Fig. 1.
Description
Le présent exposé concerne un procédé de formation d’une pièce métallique par une méthode de fonderie à cire perdue.This presentation concerns a process for forming a metal part by a lost wax casting method.
Un procédé est particulièrement adapté à la formation d’aubes pour des turbomachines d’aéronefs. Les aubes formées peuvent être bi-matériaux.A process is particularly suitable for forming blades for aircraft turbomachines. The formed blades can be bi-material.
De manière générale, les procédés connus de formation de pièces par des méthodes de fonderie à cire perdue comprennent une verse laquelle un alliage métallique à l’état liquide est versé dans le creuset d’une grappe en céramique. Cette étape a typiquement lieu dans un four. L’alliage métallique remplit alors un ou plusieurs moules compris dans la grappe. L’ensemble est ensuite refroidi pour solidifier l’alliage métallique, formant ainsi une pièce de fonderie.Generally speaking, the known processes for forming parts by investment casting methods include a pour in which a metal alloy in the liquid state is poured into the crucible of a ceramic cluster. This step typically takes place in an oven. The metal alloy then fills one or more molds included in the cluster. The assembly is then cooled to solidify the metal alloy, thus forming a casting part.
Afin d’améliorer la qualité de la pièce obtenue, il est préférable d’effectuer la verse sous vide pour éviter toute réaction parasite, par exemple une oxydation de l’alliage métallique à l’état liquide. Par ailleurs, la verse est optimisée indépendamment pour chaque alliage métallique, puisque chaque alliage métallique présente des propriétés différentes (température de fusion, viscosité, densité, etc…). On comprend alors que la verse est un enjeu important pour la personne du métier. Par exemple, les conditions de la verse influent sur le taux de rebut de la pièce à former.In order to improve the quality of the part obtained, it is preferable to carry out the pouring under vacuum to avoid any parasitic reaction, for example oxidation of the metal alloy in the liquid state. Furthermore, the pour is optimized independently for each metal alloy, since each metal alloy has different properties (melting temperature, viscosity, density, etc.). We then understand that lodging is an important issue for the person in the trade. For example, the pouring conditions influence the scrap rate of the part to be formed.
De plus, dans les procédés connus, il apparaît que la verse est un obstacle à la formation de pièces bi-matériaux. En effet, pour obtenir des pièces bi-matériaux, il faudrait alors prévoir deux verses et deux solidifications dans un unique four ; cependant, il n’est pas envisageable de verser deux alliages dans un même creuset.Furthermore, in known processes, it appears that pouring is an obstacle to the formation of bi-material parts. Indeed, to obtain bi-material parts, it would then be necessary to provide two pours and two solidifications in a single oven; however, it is not possible to pour two alloys into the same crucible.
Une solution pourrait consister à changer le creuset après une première verse, mais le changement du creuset est une opération non automatisée qui nécessite l’intervention d’un opérateur. Cependant, un tel changement dans le four en fonctionnement représente un risque considérable pour l’opérateur. En effet, le four en fonctionnement peut atteindre des températures supérieures à 1000°C. Cela représente par ailleurs des risques pour le four en lui-même car son ouverture en fonctionnement engendre une modification forte de la thermique du four, ce qui peut engendrer des gradients thermiques importants pouvant causer des fissures dans la grappe et une fuite de l’alliage métallique à l’état liquide dans le four.A solution could consist of changing the crucible after a first pour, but changing the crucible is a non-automated operation which requires the intervention of an operator. However, such a change in the operating furnace represents a considerable risk to the operator. In fact, the oven in operation can reach temperatures above 1000°C. This also represents risks for the furnace itself because its opening during operation causes a strong modification of the thermal temperature of the furnace, which can generate significant thermal gradients which could cause cracks in the cluster and leakage of the alloy. metal in liquid state in the oven.
On comprend alors que la verse est en soi une étape comportant intrinsèquement des risques importants, à la fois d’un point de vue de la sécurité et d’un point de vue de la qualité de la pièce à obtenir.We then understand that pouring is in itself a step inherently involving significant risks, both from a safety point of view and from the point of view of the quality of the part to be obtained.
Il existe donc un réel besoin d’amélioration des procédés de formation de pièces par des méthodes à cire perdue qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents précités.There is therefore a real need to improve the processes for forming parts using lost wax methods which are devoid, at least in part, of the aforementioned inherent disadvantages.
Le présent exposé concerne un procédé de formation de pièces de fonderie dans une grappe, la grappe comprenant une pluralité de moules formés par une méthode à cire perdue, chaque moule de la pluralité de moules présentant un sommet, une partie intermédiaire et un fond, un godet apte à recevoir du métal liquide, une couronne reliant le godet à chaque sommet de chaque moule de la pluralité de moules, un descendant relié au godet, une pluralité de sélecteurs de grains chacun relié à un fond d’un moule de la pluralité de moules, le procédé comprenant, l’insertion d’un premier alliage métallique à l’état solide dans la grappe, la liquéfaction du premier alliage inséré dans la grappe, la solidification dirigée du premier alliage ainsi liquéfié.The present disclosure relates to a method of forming castings in a cluster, the cluster comprising a plurality of molds formed by a lost wax method, each mold of the plurality of molds having a top, an intermediate part and a bottom, a bucket capable of receiving liquid metal, a crown connecting the bucket to each top of each mold of the plurality of molds, a descender connected to the bucket, a plurality of grain selectors each connected to a bottom of a mold of the plurality of molds, the process comprising, the insertion of a first metallic alloy in the solid state in the cluster, the liquefaction of the first alloy inserted in the cluster, the directed solidification of the first alloy thus liquefied.
Ainsi, un tel procédé permet de s’affranchir de la verse. En effet, dans le présent procédé, l’alliage métallique inséré à l’état solide dans la grappe est fondu lors de l’insertion de la grappe dans un four. Par conséquent, la fourniture de l’alliage métallique à l’état liquide dans la pluralité de moules de la grappe se passe de verse, puisque l’alliage métallique liquide est directement obtenu par transformation de l’alliage métallique solide inséré dans la grappe.Thus, such a process makes it possible to avoid lodging. Indeed, in the present process, the metal alloy inserted in the solid state in the cluster is melted when the cluster is inserted into a furnace. Consequently, the supply of the metal alloy in the liquid state in the plurality of molds of the cluster does not require pouring, since the liquid metal alloy is directly obtained by transformation of the solid metal alloy inserted in the cluster.
Un tel procédé est donc plus sûr pour l’opérateur. Par ailleurs, la manipulation d’un alliage métallique à l’état solide est plus simple que la manipulation d’un alliage métallique à l’état liquide, donc le présent procédé est plus simple à mettre en œuvre. Par ailleurs, le fait d’éviter la verse permet de contourner le risque de pollution de l’alliage métallique liquide pendant ladite verse. De plus, cela permet de réduire les efforts appliqués par le métal liquide sur la grappe et/ou les autres composants.Such a process is therefore safer for the operator. Furthermore, handling a metal alloy in the solid state is simpler than handling a metal alloy in the liquid state, therefore the present process is simpler to implement. Furthermore, avoiding pouring makes it possible to circumvent the risk of pollution of the liquid metal alloy during said pouring. In addition, this makes it possible to reduce the forces applied by the liquid metal on the cluster and/or other components.
De plus, puisque l’alliage métallique liquide se forme directement dans la grappe, le risque d’erreur de manipulation, par exemple de la part de l’opérateur, pouvant conduire à une coulée accidentelle d’alliage métallique liquide dans le four lors de l’étape de la verse disparaît.In addition, since the liquid metal alloy is formed directly in the cluster, the risk of handling error, for example on the part of the operator, which could lead to accidental pouring of liquid metal alloy into the furnace during the pouring stage disappears.
Dans certains modes de réalisation, la grappe comprend en outre un ensemble de canaux principaux, chaque canal de l’ensemble de canaux principaux reliant le descendant à un sélecteur de grains.In some embodiments, the cluster further includes a set of main channels, each channel of the set of main channels connecting the descendant to a grain selector.
Dans cette configuration, la grappe permet le remplissage de la pluralité de moules par leur fond. En particulier, dans cette configuration, un alliage métallique liquide peut couler depuis le descendant jusqu’au moule.In this configuration, the cluster allows the plurality of molds to be filled from their bottom. In particular, in this configuration, a liquid metal alloy can flow from the descender to the mold.
Dans certains modes de réalisation, le premier alliage métallique est, à l’état solide, un lingot cylindrique monobloc.In certain embodiments, the first metal alloy is, in the solid state, a one-piece cylindrical ingot.
Dans la présente demande, l’expression « cylindrique » est entendue au sens mathématique du terme. Un cylindre est défini comme le volume obtenu par la translation d’un contour fermé le long d’un axe. Par exemple, le contour fermé peut être un cercle ou un carré.In this application, the expression “cylindrical” is understood in the mathematical sense of the term. A cylinder is defined as the volume obtained by the translation of a closed contour along an axis. For example, the closed outline can be a circle or a square.
L’utilisation d’un lingot cylindrique permet de calculer facilement le volume de l’alliage métallique liquéfié. Par ailleurs, sous cette forme, l’alliage métallique solide est plus simple à insérer dans la grappe.Using a cylindrical ingot makes it easy to calculate the volume of the liquefied metal alloy. Furthermore, in this form, the solid metal alloy is easier to insert into the cluster.
Dans certains modes de réalisation, un jeu est prévu entre l’alliage métallique solide inséré dans la grappe et la grappe.In some embodiments, clearance is provided between the solid metal alloy inserted in the cluster and the cluster.
Ainsi, le jeu permet de compenser la dilatation de l’alliage métallique sous l’effet de la température, avant que ce dernier ne soit fondu. Par conséquent, cela diminue les contraintes qui s’appliquent sur la grappe, diminuant par la même occasion les risques de fuites.Thus, the clearance makes it possible to compensate for the expansion of the metal alloy under the effect of temperature, before the latter is melted. Consequently, this reduces the constraints that apply to the cluster, at the same time reducing the risk of leaks.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre une étape préalable d’assemblage de la grappe dans laquelle la pluralité de moules, le godet, la couronne, le descendant et la pluralité de sélecteurs de grains sont assemblés entre eux ; et dans laquelle le premier alliage métallique à l’état solide est inséré dans la grappe pendant l’étape préalable d’assemblage.In certain embodiments, the method further comprises a prior step of assembling the cluster in which the plurality of molds, the bucket, the crown, the descender and the plurality of grain selectors are assembled together; and in which the first metal alloy in the solid state is inserted into the cluster during the preliminary assembly step.
Dans certains modes de réalisation, le premier alliage métallique est inséré dans le descendant.In some embodiments, the first metal alloy is inserted into the descendant.
Dans certains modes de réalisation, le premier alliage métallique est inséré dans la couronne.In some embodiments, the first metal alloy is inserted into the crown.
L’insertion de l’alliage métallique à l’état solide pendant l’étape d’assemblage simplifie l’intégration du premier alliage métallique dans la grappe. Cela représente donc un gain de temps pour l’opérateur. En particulier, l’insertion du premier alliage métallique dans la couronne ou dans le descendant est particulièrement avantageux de ce point de vue.The insertion of the metal alloy in the solid state during the assembly stage simplifies the integration of the first metal alloy into the cluster. This therefore represents a saving of time for the operator. In particular, the insertion of the first metal alloy in the crown or in the descendant is particularly advantageous from this point of view.
Dans certains modes de réalisation, la grappe comprend en outre une pluralité d’ensembles de canaux secondaires, chaque canal de chaque ensemble de canaux secondaires reliant le descendant et la partie intermédiaire d’un moule, une pluralité de bouchons délimitant une pluralité de chemins de coulée, et dans lequel une pluralité d’alliages métalliques à l’état solide est insérée dans la pluralité de chemins de coulée, le procédé comprenant successivement, pour chaque alliage métallique de la pluralité d’alliages métalliques, la liquéfaction sélective de l’alliage métallique suivie de la coulée de cet alliage métallique dans l’un des ensembles de canaux secondaires jusqu’à la pluralité de moules, puis la solidification, optionnellement dirigée, de cet alliage métallique liquéfié.In certain embodiments, the cluster further comprises a plurality of sets of secondary channels, each channel of each set of secondary channels connecting the descender and the intermediate part of a mold, a plurality of plugs delimiting a plurality of paths of casting, and wherein a plurality of solid-state metal alloys are inserted into the plurality of casting paths, the method comprising successively, for each metal alloy of the plurality of metal alloys, selectively liquefying the alloy metal followed by the casting of this metal alloy in one of the sets of secondary channels to the plurality of molds, then the solidification, optionally directed, of this liquefied metal alloy.
Dans cette configuration, il est possible d’obtenir des pièces multi-matériaux sans avoir recours à la verse. En outre, cette méthode reprend tous les avantages précédemment cités, liés à l’insertion d’alliages métalliques à l’état solide dans la grappe. Cette configuration est particulièrement avantageuse pour former des aubes de turbomachines multi-matériaux.In this configuration, it is possible to obtain multi-material parts without having to resort to pouring. In addition, this method includes all the advantages previously mentioned, linked to the insertion of metallic alloys in the solid state in the cluster. This configuration is particularly advantageous for forming multi-material turbomachine blades.
Dans le présent exposé, une pièce « multi-matériaux » est une pièce comprenant au moins deux parties prévues dans deux matériaux différents. Par exemple, une aube comprenant deux parties prévues dans deux alliages métalliques différents est considérée comme une pièce « multi-matériaux ».In this presentation, a “multi-material” part is a part comprising at least two parts made from two different materials. For example, a blade comprising two parts made from two different metal alloys is considered a “multi-material” part.
Par ailleurs, l’un des enjeux majeurs lors de la formation d’aubes multi-matériaux est la zone de jonction entre les différents matériaux. En particulier, la maîtrise de la taille, de la position et de la solidification de la zone de jonction sont des préoccupations d’intérêt pour la personne du métier cherchant à fabriquer des aubes multi-matériaux.Furthermore, one of the major challenges when forming multi-material blades is the junction zone between the different materials. In particular, controlling the size, position and solidification of the junction zone are concerns of interest for those skilled in the art seeking to manufacture multi-material blades.
Selon le présent, aspect, il est possible d’obtenir une pièce multi-matériaux dans un seul four, en garantissant de bonnes propriétés pour la pièce obtenue, en particulier au niveau de ses zones de jonction entre les différents matériaux. En effet, l’insertion d’alliage métallique à l’état solide permet de maitriser plus précisément le volume d’alliage métallique liquide injecté dans le moule.According to this aspect, it is possible to obtain a multi-material part in a single oven, guaranteeing good properties for the part obtained, in particular at the level of its junction zones between the different materials. Indeed, the insertion of metal alloy in the solid state makes it possible to more precisely control the volume of liquid metal alloy injected into the mold.
Dans certains modes de réalisation, la grappe comprend un bouchon supérieur placé à la jonction entre le godet et le descendant, et dans lequel le procédé comprend : la verse d’un alliage métallique terminal à l’état liquide dans le godet, de sorte que l’alliage métallique terminal se déverse dans chaque moule de la pluralité de moules au travers de la couronne, et la solidification de l’alliage métallique terminal.In some embodiments, the cluster includes a top cap placed at the junction between the bucket and the downspout, and wherein the method comprises: pouring a terminal metal alloy in a liquid state into the bucket, such that the terminal metal alloy flows into each mold of the plurality of molds through the crown, and the terminal metal alloy solidifies.
Selon les cas, dépendant de l’alliage métallique impliqué et/ou de la pièce, la verse est souhaitable. Cette configuration permet donc d’obtenir une pièce multi-matériaux par la verse de l’alliage métallique terminal. D’autre part, cette configuration représente une alternative et/ou un complément pour l’obtention de pièces multi-matériaux.Depending on the case, depending on the metal alloy involved and/or the part, pouring is desirable. This configuration therefore makes it possible to obtain a multi-material part by pouring the terminal metal alloy. On the other hand, this configuration represents an alternative and/or a complement for obtaining multi-material parts.
Dans certains modes de réalisation, la grappe comprend un récipient, le récipient comprenant un système de chauffage ; et le procédé comprenant en outre l’insertion de l’alliage métallique terminal à l’état solide dans le récipient, et la liquéfaction de l’alliage métallique terminal par le système de chauffage.In some embodiments, the cluster includes a container, the container including a heating system; and the method further comprising inserting the terminal metal alloy in a solid state into the container, and liquefying the terminal metal alloy by the heating system.
Dans certains modes de réalisation, le récipient est attaché au godet.In some embodiments, the container is attached to the bucket.
Cette configuration permet d’obtenir une pièce multi-matériaux en évitant les désavantages liés à la verse, tout en conservant les avantages liés à l’utilisation du godet. Par ailleurs, selon ce mode de réalisation, la coulée de l’alliage métallique terminal est plus rapide que la verse de cet alliage, selon les méthodes connues.This configuration makes it possible to obtain a multi-material part while avoiding the disadvantages linked to pouring, while retaining the advantages linked to the use of the bucket. Furthermore, according to this embodiment, the casting of the terminal metal alloy is faster than the pouring of this alloy, according to known methods.
Dans certains modes de réalisation, le récipient comprend une membrane métallique à la jonction entre le récipient et le godet.In some embodiments, the container includes a metal membrane at the junction between the container and the cup.
Dans cette configuration, l’étanchéité du récipient est améliorée.In this configuration, the tightness of the container is improved.
Dans certains modes de réalisation, le système de chauffage impose un gradient de température compris entre 10°C et 50°C, préférentiellement 50°C dans le récipient.In certain embodiments, the heating system imposes a temperature gradient of between 10°C and 50°C, preferably 50°C in the container.
Dans certains modes de réalisation, le système de chauffage impose un gradient de température compris entre 10°C et 30°C.In certain embodiments, the heating system imposes a temperature gradient of between 10°C and 30°C.
Ainsi, ce gradient permet de maitriser la fusion de l’alliage métallique terminal, et en particulier, de le liquéfier progressivement. Cela améliore la fiabilité de la coulée de l’alliage métallique terminal dans la pluralité de moules de la grappe.Thus, this gradient makes it possible to control the melting of the terminal metal alloy, and in particular, to gradually liquefy it. This improves the reliability of casting the terminal metal alloy in the plurality of molds of the cluster.
Dans certaines configurations, une pluralité de noyaux en céramique est prévue dans la pluralité de moules.In some configurations, a plurality of ceramic cores are provided in the plurality of molds.
La pluralité de noyaux en céramique permet d’obtenir une plus grande diversité de pièces. Par exemple, cela permet l’obtention d’aubes dites creuses ou refroidies.The plurality of ceramic cores makes it possible to obtain a greater diversity of parts. For example, this makes it possible to obtain so-called hollow or cooled blades.
Le présent exposé concerne par ailleurs une aube de turbomachine obtenue par un procédé selon l’un des précédents modes de réalisation.This presentation also concerns a turbomachine blade obtained by a process according to one of the preceding embodiments.
Dans certaines configurations, l’aube comprend au moins deux parties réalisées dans deux alliages métalliques différents, et une zone de jonction entre ces deux parties.In certain configurations, the blade comprises at least two parts made of two different metal alloys, and a junction zone between these two parts.
Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation du dispositif et du procédé proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.The aforementioned characteristics and advantages, as well as others, will appear on reading the detailed description which follows, of examples of embodiment of the device and the method proposed. This detailed description refers to the accompanying drawings.
Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé.The accompanying drawings are schematic and aim above all to illustrate the principles of the presentation.
Afin de rendre plus concret l’exposé, un exemple de dispositif est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.In order to make the presentation more concrete, an example of a device is described in detail below, with reference to the appended drawings. It is recalled that the invention is not limited to this example.
La
La pluralité de moules 103 comprend des moules formés par une méthode à cire perdue, et chaque moule de la pluralité de moules 103 présente un sommet, une partie intermédiaire et un fond.The plurality of molds 103 includes molds formed by a lost wax method, and each mold of the plurality of molds 103 has a top, a middle portion, and a bottom.
La couronne 102 relie le godet 101 à chaque sommet 103a de chaque moule de la pluralité de moules 103, et chaque sélecteur de grains de la pluralité de sélecteurs de grains 104 est relié à un fond 103c d’un moule de la pluralité de moules 103. Avantageusement, la pluralité de moules 103 peut comprendre une pluralité de noyaux, afin d’obtenir, par exemple, des aubes creuses.The crown 102 connects the cup 101 to each top 103a of each mold of the plurality of molds 103, and each grain selector of the plurality of grain selectors 104 is connected to a bottom 103c of a mold of the plurality of molds 103 Advantageously, the plurality of molds 103 can comprise a plurality of cores, in order to obtain, for example, hollow blades.
Dans le présent exemple, un bouchon supérieur 107 en céramique peut être prévu à la jonction entre le godet 101 et le descendant 106. Ce bouchon est étanche au métal liquide, si bien qu’un métal liquide versé dans le godet 101 est contraint de couler dans la couronne 102, puis dans la pluralité de moules 103. Lorsqu’un métal liquide emprunte un tel chemin, on parle de coulée du métal liquide en chute.In the present example, an upper ceramic cap 107 can be provided at the junction between the bucket 101 and the descender 106. This cap is tight to the liquid metal, so that a liquid metal poured into the bucket 101 is forced to flow in the crown 102, then in the plurality of molds 103. When a liquid metal takes such a path, we speak of casting the falling liquid metal.
Un premier alliage métallique 10 est inséré dans le descendant 106. Le premier alliage métallique 10 est inséré sous forme de lingot cylindrique monobloc, à base circulaire. Dans d’autres exemples, le premier alliage métallique 10 peut être inséré dans la couronne. Par ailleurs, le premier alliage métallique 10 peut être inséré sous forme de grenaille ou sous toute autre forme solide le rendant apte à son insertion dans la grappe 100.A first metal alloy 10 is inserted into the descender 106. The first metal alloy 10 is inserted in the form of a one-piece cylindrical ingot, with a circular base. In other examples, the first metal alloy 10 can be inserted into the crown. Furthermore, the first metal alloy 10 can be inserted in the form of shot or in any other solid form making it suitable for insertion into the cluster 100.
Dans le présent exemple, le descendant 106 est cylindrique à base circulaire. Un jeu d est prévu entre la paroi interne du descendant 106 et le premier alliage métallique 10.In the present example, the descender 106 is cylindrical with a circular base. A clearance d is provided between the internal wall of the descender 106 and the first metal alloy 10.
La
Le volume de l’alliage métallique 10 liquéfié est calculé selon la formule suivante.The volume of the liquefied metal alloy 10 is calculated according to the following formula.
Avec VSle volume de l’alliage métallique à l’état solide, VLle volume de l’alliage métallique à l’état liquide, ρSla masse volumique de l’alliage métallique à l’état solide et ρLla masse volumique de l’alliage métallique à l’état liquide. De manière générale, pour des alliages de nickel, le rapport des masses volumiques est de l’ordre de 1,14.With V S the volume of the metal alloy in the solid state, V L the volume of the metal alloy in the liquid state, ρ S the density of the metal alloy in the solid state and ρ L the density of the metal alloy in the liquid state. Generally speaking, for nickel alloys, the density ratio is of the order of 1.14.
Connaissant le volume de la pluralité de moules 103 à remplir, il est possible de déduire la quantité, ou le volume, d’alliage métallique 10 à fournir pour remplir la pluralité de moules 103. Les inventeurs ont constaté qu’il est nécessaire de prévoir un volume d’alliage métallique solide légèrement supplémentaire au volume nécessaire au remplissage de la pluralité de moules 103, pour compenser un volume résiduel perdu lors de la solidification de l’alliage métallique, lié la contraction de l’alliage métallique lors de ladite solidification.Knowing the volume of the plurality of molds 103 to fill, it is possible to deduce the quantity, or volume, of metal alloy 10 to be provided to fill the plurality of molds 103. The inventors have noted that it is necessary to provide a volume of solid metal alloy slightly additional to the volume necessary for filling the plurality of molds 103, to compensate for a residual volume lost during the solidification of the metal alloy, linked to the contraction of the metal alloy during said solidification.
Comme cela est représenté sur la
Dans le présent exemple, le premier alliage métallique 10 remplit partiellement la pluralité de moules 103. Cependant, dans d’autres exemples, le premier alliage métallique 10 peut remplir totalement la pluralité de moules 10, à condition d’avoir prévu le volume adéquat.In the present example, the first metal alloy 10 partially fills the plurality of molds 103. However, in other examples, the first metal alloy 10 can completely fill the plurality of molds 10, provided that the adequate volume is provided.
Comme cela est représenté sur la
Ainsi, le premier alliage métallique 10 cristallise dans la pluralité de moules 103. Dans le présent exemple, grâce à la pluralité de sélecteurs de grains 104, la solidification du premier alliage métallique 10 est dirigée. En d’autres termes, le premier alliage métallique 10 cristallise dans la pluralité de moules 103 dans une pluralité d’alliages monocristallins.Thus, the first metal alloy 10 crystallizes in the plurality of molds 103. In the present example, thanks to the plurality of grain selectors 104, the solidification of the first metal alloy 10 is controlled. In other words, the first metal alloy 10 crystallizes in the plurality of molds 103 in a plurality of single-crystal alloys.
Dans le présent exemple, après la cristallisation du premier alliage métallique 10, un alliage métallique terminal 20 (
L’alliage métallique terminal 20 coule dans la pluralité de moules 103 et remplit l’espace laissé vacant par le premier alliage métallique 10. Une interface 12 entre le premier alliage métallique 10 et l’alliage métallique terminal 20 se crée. Au niveau de cette interface, une diffusion de l’alliage métallique terminal 20 dans le premier alliage métallique 10 peut être observée. De plus, lors de la verse de l’alliage métallique terminal 20, une refusion partielle du premier alliage métallique 10 au niveau de l’interface 12 peut être observée.The terminal metal alloy 20 flows into the plurality of molds 103 and fills the space left vacant by the first metal alloy 10. An interface 12 between the first metal alloy 10 and the terminal metal alloy 20 is created. At this interface, diffusion of the terminal metal alloy 20 into the first metal alloy 10 can be observed. In addition, when pouring the terminal metal alloy 20, a partial remelting of the first metal alloy 10 at the interface 12 can be observed.
Une fois que l’alliage métallique terminal 20 est versé, comme cela est représenté sur la
Une fois l’alliage métallique terminal 20 solidifié, une pluralité de pièces est obtenue dans la pluralité de moules. Différentes étapes de finition de la pluralité de pièces peuvent être prévues.Once the terminal metal alloy 20 has solidified, a plurality of parts is obtained in the plurality of molds. Different stages of finishing the plurality of parts can be provided.
La
De cette façon, une pluralité de cavités est formée dans le descendant 106 entre chaque bouchon de la pluralité de bouchons 107’. Les canaux de la pluralité d’ensembles de canaux secondaires 105’ sont configurés pour relier chacune de ces cavités aux différents moules de la pluralité de moules 103. Ainsi, une pluralité de chemins de coulée sont formés dans le descendant 106.In this way, a plurality of cavities is formed in the descender 106 between each plug of the plurality of plugs 107'. The channels of the plurality of sets of secondary channels 105' are configured to connect each of these cavities to the different molds of the plurality of molds 103. Thus, a plurality of pour paths are formed in the descender 106.
Une pluralité d’alliages métalliques 10’, différents les uns des autres, est insérée dans la pluralité de cavités formées entre les bouchons 107. Par exemple, les bouchons 107 peuvent être insérés lors de l’assemblage de la grappe. Avantageusement, les alliages métalliques de la pluralité d’alliages métalliques 10’ présentent chacun une température de fusion différente. Une fois la grappe 100 placée dans le four 50, les alliages métalliques de la pluralité d’alliages métalliques 10’ peuvent donc être liquéfiés sélectivement, par un contrôle approprié de la température de la zone chaude 51 du four 50.A plurality of metal alloys 10', different from each other, is inserted into the plurality of cavities formed between the plugs 107. For example, the plugs 107 can be inserted during assembly of the cluster. Advantageously, the metal alloys of the plurality of metal alloys 10' each have a different melting temperature. Once the cluster 100 is placed in the oven 50, the metal alloys of the plurality of metal alloys 10' can therefore be selectively liquefied, by appropriate control of the temperature of the hot zone 51 of the oven 50.
Lorsqu’un alliage de la pluralité d’alliages 10’ est liquéfié, il est coulé dans les moules de la pluralité de moules 103 et solidifié de façon analogue à la coulée et à la solidification du premier alliage métallique 10. Le premier alliage liquéfié est donc coulé en source.When one of the plurality of alloys 10' is liquefied, it is cast into the molds of the plurality of molds 103 and solidified in a manner analogous to the casting and solidification of the first metal alloy 10. The first liquefied alloy is therefore flowed from the source.
Dans ces circonstances, en liquéfiant puis en solidifiant sélectivement les alliages métalliques de la pluralité d’alliages métalliques 10’, on obtient une pièce multi-matériaux.In these circumstances, by liquefying then selectively solidifying the metal alloys of the plurality of metal alloys 10', a multi-material part is obtained.
La
Dans le troisième mode de réalisation, la grappe 100 comprend un récipient 200 et un système de chauffage 202 apte à chauffer le récipient 200. Par exemple, le système de chauffage 202 peut être une résistance chauffante. Le récipient 200 peut être attaché au godet 101. Alternativement, le récipient 200 peut être fixé par d’autres moyens non représentés, et prévu au-dessus du godet 101, de sorte qu’un liquide s’échappant du récipient 200 sous l’effet de la gravité tombe dans le godet 101.In the third embodiment, the cluster 100 comprises a container 200 and a heating system 202 capable of heating the container 200. For example, the heating system 202 can be a heating resistor. The container 200 can be attached to the cup 101. Alternatively, the container 200 can be fixed by other means not shown, and provided above the cup 101, so that a liquid escaping from the container 200 under the effect of gravity falls into the bucket 101.
Une membrane métallique 204, typiquement en nickel, peut être prévue à la jonction entre le récipient 200 et le godet 101.A metal membrane 204, typically made of nickel, can be provided at the junction between the container 200 and the bucket 101.
Dans cet exemple, l’alliage terminal 20 est inséré dans le récipient 200 à l’état solide.In this example, the terminal alloy 20 is inserted into the container 200 in the solid state.
Comme cela est représenté sur la
Comme cela est représenté sur la
Le retrait de la membrane métallique 204 peut s’opérer par la fonte de cette dernière. En effet, une fois l’alliage métallique terminal 20 liquéfié, l’alliage métallique terminal 20 est apte à liquéfier la membrane métallique 204.The removal of the metal membrane 204 can be carried out by melting the latter. Indeed, once the terminal metal alloy 20 is liquefied, the terminal metal alloy 20 is capable of liquefying the metal membrane 204.
Alternativement, le récipient 200 peut comprendre un fond à la place de la membrane métallique 204. Par ailleurs, le fond comprend une ouverture qui fait face au godet 101. L’alliage métallique terminal peut alors présenter une forme cylindrique, dont la base présente une dimension caractéristique supérieure à la dimension caractéristique de l’ouverture du récipient 200. Dans ces circonstances, lorsque l’alliage métallique terminal 20 est inséré à l’état solide dans le récipient 200, l’alliage métallique terminal 20 est maintenu en position verticale fixe dans le récipient. Cependant, lorsque l’alliage métallique terminal 20 est liquéfié, ce dernier est apte à se déverser dans le godet 101 de la grappe 100, au travers de l’ouverture du récipient 200.Alternatively, the container 200 may include a bottom in place of the metal membrane 204. Furthermore, the bottom includes an opening which faces the bucket 101. The terminal metal alloy can then have a cylindrical shape, the base of which has a characteristic dimension greater than the characteristic dimension of the opening of the container 200. Under these circumstances, when the terminal metal alloy 20 is inserted in the solid state into the container 200, the terminal metal alloy 20 is held in a fixed vertical position in the container. However, when the terminal metal alloy 20 is liquefied, the latter is capable of pouring into the bucket 101 of the cluster 100, through the opening of the container 200.
Optionnellement, le système de chauffage peut être apte à imposer un gradient de température dans le récipient 200. Dans ces circonstances, il est possible de liquéfier partiellement l’alliage métallique terminal 20. Cela diminue le risque d’apparition de grains solides non-liquéfiés. De tels grains sont indésirables car ils nuisent aux propriétés de la pièce à former. Ces grains sont d’autant plus indésirables qu’ils peuvent boucher, par exemple, les canaux de la grappe 100.Optionally, the heating system may be able to impose a temperature gradient in the container 200. In these circumstances, it is possible to partially liquefy the terminal metal alloy 20. This reduces the risk of the appearance of non-liquefied solid grains . Such grains are undesirable because they harm the properties of the part to be formed. These grains are all the more undesirable as they can block, for example, the channels of cluster 100.
Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples 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 evident that modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In particular, individual features of the different illustrated/mentioned embodiments can be combined in additional embodiments. Therefore, the description and drawings should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense.
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 process can be transposed, alone or in combination, to a device, and conversely, all the characteristics described with reference to a device can be transposed, alone or in combination, to a process.
Claims (12)
une pluralité de moules (103) formés par une méthode à cire perdue, chaque moule de la pluralité de moules (103) présentant un sommet, une partie intermédiaire et un fond,
un godet (101) apte à recevoir du métal liquide,
une couronne (102) reliant le godet (101) à chaque sommet de chaque moule de la pluralité de moules (103),
un descendant (106) relié au godet,
une pluralité de sélecteurs de grains (104) chacun relié à un fond d’un moule de la pluralité de moules (103),
le procédé comprenant ,
l’insertion d’un premier alliage métallique (10) à l’état solide dans la grappe (100),
la liquéfaction du premier alliage (10) inséré dans la grappe (100),
la solidification dirigée du premier alliage (10) ainsi liquéfié.A method of forming castings in a cluster (100), the cluster (100) comprising
a plurality of molds (103) formed by a lost wax method, each mold of the plurality of molds (103) having a top, an intermediate part and a bottom,
a bucket (101) capable of receiving liquid metal,
a crown (102) connecting the bucket (101) to each top of each mold of the plurality of molds (103),
a descender (106) connected to the bucket,
a plurality of grain selectors (104) each connected to a bottom of a mold of the plurality of molds (103),
the process comprising,
inserting a first metal alloy (10) in the solid state into the cluster (100),
the liquefaction of the first alloy (10) inserted in the cluster (100),
the directed solidification of the first alloy (10) thus liquefied.
dans laquelle le premier alliage métallique (10) à l’état solide est inséré dans la grappe (100) pendant l’étape préalable d’assemblage.Method according to one of claims 1 to 3, further comprising a preliminary step of assembling the cluster (100) in which the plurality of molds (103), the bucket (101), the crown (102), the descendant (106) and the plurality of grain selectors (104) are assembled together; And
in which the first metal alloy (10) in the solid state is inserted into the cluster (100) during the preliminary assembly step.
une pluralité d’ensembles de canaux secondaires (105’), chaque canal de chaque ensemble de canaux secondaires (105’) reliant le descendant (106) et la partie intermédiaire d’un moule (103),
une pluralité de bouchons (107’) délimitant une pluralité de chemins de coulée, et
dans lequel une pluralité d’alliages métalliques (10’) à l’état solide est insérée dans la pluralité de chemins de coulée,
le procédé comprenant successivement, pour chaque alliage métallique de la pluralité d’alliages métalliques (10’), la liquéfaction sélective de l’alliage métallique suivie de la coulée de cet alliage métallique dans l’un des ensembles de canaux secondaires (105’) jusqu’à la pluralité de moules (103), puis la solidification de cet alliage métallique liquéfié.Method according to one of claims 1 to 4, in which the cluster (100) further comprises
a plurality of sets of secondary channels (105'), each channel of each set of secondary channels (105') connecting the descender (106) and the intermediate part of a mold (103),
a plurality of plugs (107') delimiting a plurality of pouring paths, and
in which a plurality of metal alloys (10') in the solid state is inserted into the plurality of casting paths,
the method comprising successively, for each metal alloy of the plurality of metal alloys (10'), the selective liquefaction of the metal alloy followed by the casting of this metal alloy in one of the sets of secondary channels (105') until the plurality of molds (103), then the solidification of this liquefied metal alloy.
dans lequel le procédé comprend :
la verse d’un alliage métallique terminal (20) à l’état liquide dans le godet (101), de sorte que l’alliage métallique terminal (20) se déverse dans chaque moule de la pluralité de moules (103) au travers de la couronne (102), et
la solidification de l’alliage métallique terminal (20).Method according to one of claims 1 to 5, in which the cluster (100) comprises an upper plug (107) placed at the junction between the bucket (101) and the descender (106), and
in which the process comprises:
pouring a terminal metal alloy (20) in a liquid state into the bucket (101), such that the terminal metal alloy (20) flows into each of the plurality of molds (103) through the crown (102), and
solidification of the terminal metal alloy (20).
le procédé comprenant en outre
l’insertion de l’alliage métallique terminal (20) à l’état solide dans le récipient (200), et
la liquéfaction de l’alliage métallique terminal (20) par le système de chauffage (202).A method according to claim 6, wherein the cluster (100) comprises a container (200), the container (200) comprising a heating system (202); And
the method further comprising
inserting the terminal metal alloy (20) in the solid state into the container (200), and
liquefying the terminal metal alloy (20) by the heating system (202).
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- 2022-11-25 FR FR2212323A patent/FR3142366A1/en active Pending
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- 2023-11-23 WO PCT/FR2023/051845 patent/WO2024110735A1/en unknown
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