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Une méthode de fabrication d'objets présentant des trous consiste à forer des trous dans une billette, à remplir ces trous de pièces rapportées d'une matière de remplissage, à extruder ou traiter à chaud d'une autre manière la bilette, et finalement à enlever la matière de remplissage. Un avantage du procédé est qu'il permet la réalisation de trous de très petite section transversale dans l'objet fini. En particulier, des aubes de turbine refroidies, c'est-à-dîre, des aubes de turbine présentant des passages creux pour permettre la circulation d'un milieu réfrigérant peuvent être réalisées de cette manière. Non seulement, ces passages doivent
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être très petits mais ils doivent également ne pas être circulai- res.
Seuls des trous ronds peuvent être réalisés par forage, mais une/pièce rapportée ronde peut être déformée à une forme non cir- culaire par un traitement à chaud, par exemple, par une extrusion de la bilette remplie, à travers une matrice convenable.
Si une pièce rapportée de forme cylindrique droite est utilisée dans la billette à partir de laquelle-une ébauche pour une aube refroidie doit être produite par extrusion ou forgeage, r ou les deux, la forme finale du passage de refroidissement cores- pondant à cette pièce rapportée est réglée par la forme exté- rieure de l'aube. Dans une aube ayant une section aérodynamique qui diminue de la racine jusqu'au sommet, la section transversale du passage de refroidissement diminuera également de la racine jusqu'au sommet. Ceci est un désavantage, dans certains cas, à cause de l'augmentation de la contre-pression de l'air de refroi- dissement.
En outre, il est difficile d'agencer les passages de re- froidissement de manière qu'ils se disposent parallèlement à la forme extérieure du profil, comme c'est désirable pour réaliser une uniformité du refroidissement.
Suivant l'invention, on coule le métal autour d'une pièce rapportée préformée pour former une bilette et on réduit la dimension des grains de métal pendant sa solidification. On tra- vaille ensuite à chaud la bilette roulée pour former une ébauche en vue de la réalisation du produit final, ou même le produit final lui-méme, avec. réduction des dimensions transversales de la biltte. Ensuite, on enlève la pièce rapportée. Ou bien, la pièce rapportée autour de laquelle le métal est coulé peut servir sim- plement pour conformer les trous et peut ensuite être enlevée pour permettre l'introduction dans ces trous d'une matière de remplissa. ge ayant les caractéristiques désirées de coulée ou fluage.
Il est connu de produire une aube de turbine coulée,
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a@@@ les passages de refroidissement, par le procédé à cire per- due, le métal étant coulé autour de fils d'une matière qui est ensuite enlevée pour former les passages. Cependant, des aubes ou autres objets forgés, soumis à des fatigues aux températures éle- vées, ont de meilleures propriétés, par exemple, de résistance à la fatigue et aux chocs thermiques, que les mêmes objets.coulés en partant d'alliages identiques, de sorte qu'il est désirable de produire les aubes ou autres objets par des procédés comprenant des phases travail du métal.
Un autre désavantage de la coulée directe des objets à lear forme finale est que les alliages couramment utilisés, spéci- alement des alliages de nickel-chromo/et des alliages; de nickel- chrome-cobalt, contenant des éléments qui forment une phase de surcissement et précipitation, sont très difficiles à couler en '.ne forme compliquée, car ces alliages ont de mauvaises propriétés de coulée Dans la présente invention, d'autre part, le manque daptitude du métal coulé autour de la matière de remplissage à acquérir une forme compliquée n'est pas important, puisque les dé- fauts sont corrigés dans les phases ultérieures.
De plus, dans un procédé de coulée directe, la matière de remplissage utilisée pour former les passages de refroidissement doit être de très pe- tite section transversale et peut être fragile, tandis que, dans la présente invention, une matière de remplissage, même de forme complexe, peut être robuste, puisqu'elle doit être réduite en sec- tion durant les phases de travail.
Ces alliages coulés, spécialement les alliages de nickel- chrome et de nickel-chrome-cobalt mentionnés ci-avant, tendent à être à gros grains. Si un alliage à gros grains est déformé, la section transversale des trous remplis peut devenir si irrégulière durant la déformation que les passages résultants ne conviennent plus pour le but visé.
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Pour cette raison, le métal tel que coulé devrait avoir une structure de grains aussi fine que possible, et en conséquent ce la dimension des grains est réduite durant la solidification.
Cette réduction peut être réalisée de toute manière quelconque convenable ; par exemple, le métal peut être coulé à une basse tem- pérature en vue de permettre qu'une quantité aussi grande que pos- sible de ce métal refroidisse simultanément et de produire ainsi le minimum d'occasions pour la formation de gros grains. En outre, le métal peut être soumis à une action électromagnétique lorsqu'il se solidifie, ou bien le moule peut être vibré à des fréquences soniques ou supersoniques. En outre encore, le métal peut être "ensemencé" durant la coulée par l'addition d'une matière pulvéru- lente ayant la même structure de cristaux que le menai d'origine pour amener la formation de noyaux supplémentaires en vue de la formation de cristaux durant la solidification.
A titre d'exemple, par une vibration mécanique avec une fréquence de 100 cycles par seconde et une amplitude comprise en- tre 0,020 et 0,050 pouce, la structure de coulée de lingots de nickel-chrome de 4 pouces de diamètre est fortement raffinée. La profondeur de la zone colomnaire était réduite de 2 à 0,5 pouces, le volume dès cristaux de même axe augmentait de 2 à environ 40% du volume total du lingot, et la dimension des cristaux était ré- duite à un quart de celle des cristaux des lingots non vibrés.
On tiendra compte que la méthode normale pour l'usinage de passages internes est limitée au forage de trous cylindriques droits, et que des formes complexes ne peuvent être produites que par un usinage ultérieur coûteux, tel qu'un alésage. Dans la pré- sente invention, l'utilisation d'une pièce rapportée préformée ouvre la possibilité de produire des passages internes ayant les formes les. plus complexes et variées.
Lorsque la billette est travaillée avec la pièce rappor-
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tee en place cette pièce rapportée est constituée par une matière de remplissage ayant la capacité desirée de couler ou fluer avec le métal de la billette.Une telle matière de remplissage peut être de métal, par exemple, un alliage de fer-manganèse-titane, et peut être réalisée par une coulée de précision. En outre,la matière de remplissage peut être constituée par une composition t fritée de fer et de ma gnésie. De telles matières de remplissage peuvent facilement être enlevées par un lessivage à l'acide après déformation.
La pièce rapportée est, de préférence, disposée de telle sorte dans le moule quelle soit exposée à une ou aux deux extré- mités de la billette coulée réalisée dans le moule, car le les- sivage ultérieur de la matière de remplissage est alors accéléré., spécialement si cette matière est attaquée par les deux côtés opposés.
Lorsqu'une pièce rapportée temporaire est usée et est remplacée par une autre, elle est cassable, par exemple en silice, zircons ou autre matière réfractaire, et elle est enlevée par rup- ture. La rupture peut se faire à la main en utilisant un poinçon fin;, et la pièce rapportée brisée peut être sortie hors des trous par secousse.
L'avantage de l'utilisation d'une matière de remplissage cassable, telle qu"une tige préformée de silice, est que cette matière est assez molle durant le refroidissement de la billette coulée et ne provoque pas de craquelure durant la contraction lors du refroidissement.
Dans tous les cas, les pièces rapportées peuvent être d'une forme telle que, dans la fabrication d'une aube de turbine en partant d'une billette coulée contenant, soit les pièces rap- portées, soit la matière de remplissage les remplaçant, la défor- nation de la billette coulée pour réaliser la forme finale de l'au. be refroidie produise en même temps la forme finale désirée des passages de refroidissement.
Il est possible de produire des pas-
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sages de refroidissement parallèles à la surface de l'aube et qui se rassemblent, soit/dans la racine, soit dans une joue de l'aube, ou les deux, et qui sortent par le centre de la racine ou le centre de la joue comme passage unique, ce qui ne contrarie pas,les moyens de montage de l'aube sur le disque rotor, que ce soit par la méthode normale à redents ou par tout autre système connu.
Il est également grandement avantageux qu'aucun trou ne doive être foré dans une billette. Dans un alliage de nickel- chrome-cobalt, tel que celui qui est utilisé pour des aubes de turbine, un travail à de très hautes températures pour forer un trou d'un diamètre de 3/8 de pouce et d'une longueur de 5 pouces demande un temps de 20 minutes. Il est extrêmement difficile en fait de forer des trous d'une longueur utile quelconque ayant moins de 1/8 de pouce de diamètre.
Certains processus suivant l'invention sont illustrés par les dessins annexés.
La figure 1 montre une pièce rapportée issue d'une coulée de précision, comprenant une base 1, quatre branches 2 et un ergot 3 qui pénètre dans une cavité prévue dans la base d'un moule et localise ainsi la pièce rapportée dans ce moule.
La figure 2 montre unebillette produite par coulée d'un alliage 4 autour de la pièce rapportée.
La figure 3'montre le produit résultant d'une extrusion partielle de la billette. L'extrémité menante a été extrudée à travers une matrice de section fortement aérodynamique, de sorte que les branches 2 ont été toutes étendues longitudinalement et sont devenues de section transversale plus étroite, tandis que la base 1 reste inchangée.
La figure 4 montre une aube de turbine présentant une section d'aube soigneusement usinée en partant du produit de la figure 3, et une racine à redents 5 usinée en partant de la base 1.
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Lors de l'enlèvement de la matière de la pièce rappor- tée pour un lessivage à l'acide, un collecteur est produit dans la racine 5 de l'aube et quatre passages corespondant aux branches 2 initiales courent sur la longueur de l'aube.
Les figures 5 à 9 illustrent certaines des nombreuses manières possible suivant lesquelles les dimensions des passages peuvent être réglées.La figure 5 est une coupe à travers une billette partiellement extrudée contenant une pièce rapportée comportant des branches 6 de section transversale uniforme.
La figure 6 montre.un produit obtenu par usinage du corps de la bil- lette en une section d'aube, et la figure 7 montre un produit obte- nu par laminage conique du corps en une section d'aube.. La figure 6 montre une billette partiellement extrudée, dans laquelle les branches 6 de la pièce rapportée diminuent de section de leurs ex- trémitée vers leurs bases, et la figure 9 montre le résultat d'un laminage conique du corps de cette billette en une section d'aube On verra qu'à la figure 9, les branches sont devenues'de section transversale sensiblement uniforme suivant toute leur longueur, tandis que l'aube est de section dénroissante de la racine jus- qu'à son extrémité. Ce résultat est spécialement avantageux et est difficile à atteindre par d'autres méthodes.
Les figures 10 à L2 montrent comment une joue peut être formée. Une billette est produite par/coulée autour d'une pièce rapportée de manière à: laisser une masse importante de métal'7 au- delà des branches de la pièce rapportée,après extrusion partielle, comme montré à la figure 10.
Cette masse de métal est ensuite refou- lée jusqu'à sensiblement la forme montrée à la figure 11, ce re- foulage pouvant être réalisé sans nuire aux branches. Finalement, la masse est refoulée sous forme de la joue montrée en 6 à la figure 12,
Les pièces rapportées requises pour un certain nombre
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d'aubes peuvent être produites sous une forme unitaire, comme montré à la figure 13, et ensuite du métal peut être coulé autour de cette unité, comme montré à la figura 14. Une extrusion du pro- duit de la figure 14 donne le produit de la figure 15. Ce dernier peut être découpé en un certain nombre de pièces ou morceaux dont l'un est montré à la figure 16.
Ensuite, la pièce peut être trai- tée jusqu'à avoir à peu près la section d'un haltère, comme montré à. la figure 17, et elle est ensuite forgée pour produire la forme de la figure 18. A partir de cette dernière forme, l'aube montrée à la figure 19 peut être usinée.