CA2507171C - Procede de fonderie a cire perdue avec couche de contact - Google Patents
Procede de fonderie a cire perdue avec couche de contact Download PDFInfo
- Publication number
- CA2507171C CA2507171C CA2507171A CA2507171A CA2507171C CA 2507171 C CA2507171 C CA 2507171C CA 2507171 A CA2507171 A CA 2507171A CA 2507171 A CA2507171 A CA 2507171A CA 2507171 C CA2507171 C CA 2507171C
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- particles
- contact layer
- process according
- layer
- mullite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 title description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 12
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 12
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 7
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 claims description 6
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000010410 dusting Methods 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 2
- 244000007835 Cyamopsis tetragonoloba Species 0.000 claims description 2
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 claims description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000001033 granulometry Methods 0.000 claims description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001281 polyalkylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001285 xanthan gum Polymers 0.000 claims description 2
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims 1
- 150000002191 fatty alcohols Chemical class 0.000 claims 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 9
- 239000002671 adjuvant Substances 0.000 description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 3
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 3
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003042 antagnostic effect Effects 0.000 description 1
- 239000005557 antagonist Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010981 drying operation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 150000003628 tricarboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
- B22C9/04—Use of lost patterns
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication de moule carapace céramique à plusieurs couches dont au moins une couche de contact à partir d'un modèle de pièce à fabriquer, en cire ou autre matériau semblable, consistant à tremper le modèle dans une première barbotine contenant des particules céramiques et un liant, de manière à former la couche de contact, à déposer des particules de sable sur ladite couche et à sécher celle-ci. Ce procédé est caractérisé par le fait que les particules de céramiques de la barbotine sont des particules de mullite.
Description
Procédé de fonderie à cire perdue avec couche de contact La présente invention porte sur la fabrication de pièces telles que des cubages métalliques à géométries complexes selon la technique connue sous le nom de fonderie à cire perdue.
Pour la fabrication des cubages de turboréacteurs, tels que les pièces de rotors ou de stators, ou bien des pièces de structure selon cette technique, on en réalise d'abord un modèle en cire ou autre matériau équivalent facilement éliminable par la suite. Le cas échéant, on regroupe plusieurs modèles en une grappe. On confectionne autour de ce modèle un moule céramique par trempage dans une première barbotine pour former une première couche de matière au contact de sa surface. On sable la surface de cette couche afin de la renforcer et de faciliter l'accrochage de la couche suivante, et on sèche l'ensemble : ce qui constitue t S respectivement les opérations de stuccage et de séchage. On répète ensuite l'opération de trempage dans des barbotines de compositions éventuellement différentes, opération toujours associée aux opérations successives de stuccage et de séchage. On réalise ainsi une carapace céramique constituée d'une pluralité
de couches. Les barbotines sont composées de particules de matériaux céramiques, 2o notamment une farine, tel que l'alumine, la mullite, le zircon ou autre, avec un liant colloïdal minéral et des adjuvants le cas échéant en fonction de la rhéologie souhaitée. Ces adjuvants permettent de maîtriser et de stabiliser les caractéristiques des différents types de couches, tout en s'affranchissant des effets des différentes caractéristiques physicochimiques des matières premières 2s constituant les barbotines. Il peut s'agir d'un agent mouillant, d'un fluidifiant ou d'un texturant en fonction, pour ce dernier, de l'épaisseur désirée pour le dépôt.
On procède ensuite au décirage du moule carapace, qui est une opération par laquelle on élimine le matériau constituant le modèle d'origine. Après 3o élimination du modèle, on obtient un moule céramique dont la cavité
reproduit tous les détails du modèle. Le moule subit ensuite un traitement thermique à
haute température ou « cuisson » qui lui confère les propriétés mécaniques nécessaires. Le moule carapace est ainsi prêt pour la fabrication de la pièce métallique par coulée.
_Z_ Après contrôle de l'intégrité interne et externe du moule carapace, l'étape suivante consiste à couler un métal en fusion dans la cavité du moule puis à
le solidifier. Dans le domaine de la fonderie à cire perdue, on distingue actuellement plusieurs techniques de solidification, donc plusieurs techniques de s coulée, selon la nature de l'alliage et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée. Il peut s'agir de solidification dirigée à structure colonnaire (DS), de solidification dirigée à structure monocristalline (S~) ou de solidification équiaxe (EX) respectivement. Les deux premières familles de pièces concernent des superalliages pour des pièces soumises à de fortes contraintes, tant 1 o thermiques que mécaniques dans le turboréacteur, comme les aubes de turbines HP.
Après la coulée de l' alliage, on casse la carapace par une opération de décochage, et on parachève la fabrication de la pièce métallique.
Lors de l'étape de moulage, plusieurs types de carapaces peuvent être réalisés au travers de plusieurs procédés. Chaque carapace doit posséder des propriétés spécifiques qui permettent d'assurer le type de solidification désiré.
2o Par exemple, pour la solidification équiaxe, plusieurs procédés différents peuvent être mis en oeuvre, l'un utilisant un liant à base de silicate d'éthyle, un autre utilisant un liant à base de silice colloïdale. Pour la solidification dirigée, les carapaces peuvent être réalisées à partir de charges différentes, à base silico-alumineuse, silice-zircon ou silice.
zs La première couche pour chacune de ces carapaces joue un rôle essentiel. Elle constitue l'interface entre le moule carapace et l'alliage coulée. Elle doit, dans le cas d'une solidification dirigée à structure colonnaire ou monocristalline, être non réactive avec l'alliage coulé. Dans le cas d'une solidification équiaxe, elle 3o doit permettre la germination équiaxe des grains. Par ailleurs, l'intégrité
de cette couche de contact détermine la qualité finale de la pièce coulée, en terme d'état de surface notamment.
La première couche doit en effet satisfaire à certaines exigences afin d'éviter des ~s défauts tels que les décohésions céramiques, et les défauts de surface.
_,_ Les décohésions de la couche de contact avant ou pendant la coulée, peuvent générer des marques néfastes sur pièces.
Les défauts surfaciques résultent d'une micro porosité excessive de la couche de s contact qui génère des surplus formant des reliefs en surface des pièces.
Les défauts surfaciques majeurs sont souvent la résultante d'un phénomène capillaire surfacique à l'interface entre le modèle en cire et la première couche.
Après trempé de la première couche, lors du saupoudrage, les grains de sable a o forment des empilements, lesquels présentent de nombreux capillaires.
Chacun agit comme une ventouse qui donne lieu à une dépression. Celle-ci est d'autant plus grande que le capillaire est petit. Cela correspond à une première couche d'épaisseur insuffisante. La dépression favorise une ascension capillaire de la barbotine vers le stucco et ce, jusqu'à ce que la colonne de liquide ainsi formée Is rétablisse la différence de pression. Il s'ensuit la formation d'une zone de retrait avec cavité qui conduit à la formation de défauts surfaciques. Ce phénomène est accentué par une première couche d'épaisseur trop faible.
Ces deux types de défauts, majeurs en fonderie, sont liés à des caractéristiques 2o antagonistes intrinsèques de la couche de contact. En effet, pour éviter les défauts de décohésions céramiques on tend vers un dépôt de première couche fin et uniforme, alors que pour éviter les défauts surfaciques on vise plutôt un dépôt de première couche uniforme mais plus épais.
2s Les propriétés de la couche de contact doivent donc permettre de trouver un compromis entre ces caractéristiques antagonistes, afin de s'affranchir de tous défauts sur pièces.
L'invention parvient à ces objectifs avec le procédé suivant.
Le procédé de fabrication de moule carapace céramique à plusieurs couches dont au moins une couche de contact à partir d'un modèle en cire ou autre matériau semblable, comportant un trempage du modèle dans une barbotine contenant des particules céramiques et un liant, et des adjuvants, de manière à
3s former ladite couche de contact, à déposer des particules de sable sur la couche et à sécher ladite couche de contact. Conformément à l'invention le procédé est caractérisé par le fait que les particules céramiques de la barbotine sont des particules de mullite. En particulier les adjuvants comprennent un agent mouillant, un agent fluidifiant et un agent texturant.
s Grâce à la composition de la barbotine, on parvient à remplir les objectifs assignés pour tous les moules de fonderie, dont les propriétés satisfont aux conditions de coulées répondant notamment aux contraintes des procédés de solidification DS et SX. En particulier, la couche de contact n'est pas réactive face aux superalliages coulés.
lo Pour satisfaire aux contraintes économiques liées aux rejets, la barbotine est avantageusement composée de farine de mullite en quantité comprise entre 65 et 90% en poids, sans zircon. De même, les particules de sable ou « stuccos », pour cette couche de contact, sont formées à partir de grains de mullite et non de i s zircon.
L'ajout des adjuvants dans la barbotine permet de maîtriser les dépôts sur cire et d'en assurer des caractéristiques optimales en terme d'épaisseurs et de répartition sur pièces.
?o De préférence et pour satisfaire aux contraintes environnementales, le liant est une solution colloïdale minérale base eau, telle que la silice colloïdale, et non un liant base alcool.
2s Le dépôt de couche de contact sur cire, associé à un renfort par saupoudrage d'un sable de mullite de granulométrie comprise entre 80 et 250 microns permet d'obtenir une très bonne cohésion de première couche et de très bons états de surface des pièces coulées.
3o On décrit ci-après le procédé plus en détail.
Le procédé de fabrication des moules carapaces comprend une première étape de fabrication du modèle en cire ou en un autre matériau équivalent connu dans le domaine. Le plus généralement connu est la cire. Selon le type de pièce, on peut 3s regrouper les modèles en grappe de manière à pouvoir en fabriquer plusieurs _S_ simultanément. Les modèles sont façonnés aux dimensions des pièces définitives, au retrait près des alliages.
Les étapes de fabrication de la carapace sont de préférence menées par un robot s dont les mouvements sont programmés pour avoir une action optimale sur la qualité des dépôts réalisés, et pour s'affranchir de l'aspect géométrique des différents aubages.
On prépare parallèlement des barbotines dans lesquelles on trempe 1o successivement les modèles ou la grappe pour effectuer des dépôts de matières céramiques.
La composition de la première barbotine en pourcentage pondéral est la suivante IS
- farine de mullite 65 - 80 - liant silice colloïdale 20 - 35 -eau 0-5 - 3 adjuvants organiques qui sont des agents respectivement mouillant, 2t~ fluidifiant et texturant.
Les 3 adjuvants ont respectivement les fonctions suivantes - Le fluidifiant permet d'obtenir plus rapidement la rhéologie désirée lors 2s de la fabrication de la couche. Il agit en tant que dispersant. Il est choisi de préférence parmi les composés suivants : acides aminés, polyacrylates d'ammonium, tri-acides carboxyliques à groupements alcools.
- Le mouillant permet de faciliter le nappage de la couche lors du 3o trempé. Il est de préférence choisi parmi les composés suivants : alcools gras poly-alkylènes, alcools alkoxylates.
- Le texturant permet d'optimiser la rhéologie de la couche afin d'obtenir des dépôt adaptés. Il est choisi de préférence parmi : les polymères de l'oxyde 3s d'éthylène, les gommes de xanthane ou les gommes de guar.
Une fois le modèle retiré de la première barbotine après une phase d'immersion, le modèle recouvert subit une phase d'égouttage puis de nappage. On applique ensuite des grains de « stucco », particules de sable, par saupoudrage afin de ne pas perturber la fine couche de contact. On utilise de la mullite dont la s granulométrie dans cette première couche est fine. Elle est comprise entre 80 et 250 microns. L'état de surface des pièces en final en dépend en partie.
On sèche la couche.
a o Les essais ont montré que pour obtenir des caractéristiques rhéologiques satisfaisantes, l'incorporation d'adjuvants ëtait avantageuse sinon nécessaire.
On procède ensuite au trempé dans une seconde barbotine pour former une couche dite « intermédiaire ».
ls Comme précédemment, on dépose un « stucco » et on sèche.
On trempe ensuite le modèle dans une troisième barbotine pour former la couche 3 qui est la première couche dite « de renfort ».
?o On applique ensuite le stucco et on sèche. On répète les opérations de trempage dans la troisième barbotine, de stuccage et de séchage pour obtenir l'épaisseur de carapace souhaitée. Pour la dernière couche, on procède à une opération de glaçage.
?s Les deuxième et troisième barbotines peuvent comprendre un mélange de farines d'alumine et de mullite en quantités comprises entre 45 et 95% en poids, et des grains de mullite en quantités comprises entre 0 et 25% en poids.
3o Les trempés pour les différentes couches sont effectués de manières différentes et adaptées afin d'obtenir une répartition homogène des épaisseurs et d'éviter la formation de bulles, notamment dans les zones enfermées.
On procède à un séchage final après la formation de la dernière couche.
La carapace peut ainsi comprendre de 5 à 12 couches.
Le cycle de cuisson des moules comprend une phase de montée en température pendant une période déterminée, un palier à la température de cuisson et une phase de refroidissement. Le cycle de cuisson est choisi pour optimiser les s propriétés mécaniques des carapaces de manière à permettre les manipulations â
froid sans risque de casses, et de manière à minimiser leurs sensibilités aux chocs thermiques pouvant être générés lors des différentes étapes de coulées.
On a décrit un exemple de procédé de fabrication de moule carapace à partir de la ao couche de contact selon l'invention. Cette couche de contact peut être associée à
tous les types de couches selon les besoins, même le cas échéant avec des couches réalisées à partir de particules de zircon.
Pour la fabrication des cubages de turboréacteurs, tels que les pièces de rotors ou de stators, ou bien des pièces de structure selon cette technique, on en réalise d'abord un modèle en cire ou autre matériau équivalent facilement éliminable par la suite. Le cas échéant, on regroupe plusieurs modèles en une grappe. On confectionne autour de ce modèle un moule céramique par trempage dans une première barbotine pour former une première couche de matière au contact de sa surface. On sable la surface de cette couche afin de la renforcer et de faciliter l'accrochage de la couche suivante, et on sèche l'ensemble : ce qui constitue t S respectivement les opérations de stuccage et de séchage. On répète ensuite l'opération de trempage dans des barbotines de compositions éventuellement différentes, opération toujours associée aux opérations successives de stuccage et de séchage. On réalise ainsi une carapace céramique constituée d'une pluralité
de couches. Les barbotines sont composées de particules de matériaux céramiques, 2o notamment une farine, tel que l'alumine, la mullite, le zircon ou autre, avec un liant colloïdal minéral et des adjuvants le cas échéant en fonction de la rhéologie souhaitée. Ces adjuvants permettent de maîtriser et de stabiliser les caractéristiques des différents types de couches, tout en s'affranchissant des effets des différentes caractéristiques physicochimiques des matières premières 2s constituant les barbotines. Il peut s'agir d'un agent mouillant, d'un fluidifiant ou d'un texturant en fonction, pour ce dernier, de l'épaisseur désirée pour le dépôt.
On procède ensuite au décirage du moule carapace, qui est une opération par laquelle on élimine le matériau constituant le modèle d'origine. Après 3o élimination du modèle, on obtient un moule céramique dont la cavité
reproduit tous les détails du modèle. Le moule subit ensuite un traitement thermique à
haute température ou « cuisson » qui lui confère les propriétés mécaniques nécessaires. Le moule carapace est ainsi prêt pour la fabrication de la pièce métallique par coulée.
_Z_ Après contrôle de l'intégrité interne et externe du moule carapace, l'étape suivante consiste à couler un métal en fusion dans la cavité du moule puis à
le solidifier. Dans le domaine de la fonderie à cire perdue, on distingue actuellement plusieurs techniques de solidification, donc plusieurs techniques de s coulée, selon la nature de l'alliage et les propriétés attendues de la pièce résultant de la coulée. Il peut s'agir de solidification dirigée à structure colonnaire (DS), de solidification dirigée à structure monocristalline (S~) ou de solidification équiaxe (EX) respectivement. Les deux premières familles de pièces concernent des superalliages pour des pièces soumises à de fortes contraintes, tant 1 o thermiques que mécaniques dans le turboréacteur, comme les aubes de turbines HP.
Après la coulée de l' alliage, on casse la carapace par une opération de décochage, et on parachève la fabrication de la pièce métallique.
Lors de l'étape de moulage, plusieurs types de carapaces peuvent être réalisés au travers de plusieurs procédés. Chaque carapace doit posséder des propriétés spécifiques qui permettent d'assurer le type de solidification désiré.
2o Par exemple, pour la solidification équiaxe, plusieurs procédés différents peuvent être mis en oeuvre, l'un utilisant un liant à base de silicate d'éthyle, un autre utilisant un liant à base de silice colloïdale. Pour la solidification dirigée, les carapaces peuvent être réalisées à partir de charges différentes, à base silico-alumineuse, silice-zircon ou silice.
zs La première couche pour chacune de ces carapaces joue un rôle essentiel. Elle constitue l'interface entre le moule carapace et l'alliage coulée. Elle doit, dans le cas d'une solidification dirigée à structure colonnaire ou monocristalline, être non réactive avec l'alliage coulé. Dans le cas d'une solidification équiaxe, elle 3o doit permettre la germination équiaxe des grains. Par ailleurs, l'intégrité
de cette couche de contact détermine la qualité finale de la pièce coulée, en terme d'état de surface notamment.
La première couche doit en effet satisfaire à certaines exigences afin d'éviter des ~s défauts tels que les décohésions céramiques, et les défauts de surface.
_,_ Les décohésions de la couche de contact avant ou pendant la coulée, peuvent générer des marques néfastes sur pièces.
Les défauts surfaciques résultent d'une micro porosité excessive de la couche de s contact qui génère des surplus formant des reliefs en surface des pièces.
Les défauts surfaciques majeurs sont souvent la résultante d'un phénomène capillaire surfacique à l'interface entre le modèle en cire et la première couche.
Après trempé de la première couche, lors du saupoudrage, les grains de sable a o forment des empilements, lesquels présentent de nombreux capillaires.
Chacun agit comme une ventouse qui donne lieu à une dépression. Celle-ci est d'autant plus grande que le capillaire est petit. Cela correspond à une première couche d'épaisseur insuffisante. La dépression favorise une ascension capillaire de la barbotine vers le stucco et ce, jusqu'à ce que la colonne de liquide ainsi formée Is rétablisse la différence de pression. Il s'ensuit la formation d'une zone de retrait avec cavité qui conduit à la formation de défauts surfaciques. Ce phénomène est accentué par une première couche d'épaisseur trop faible.
Ces deux types de défauts, majeurs en fonderie, sont liés à des caractéristiques 2o antagonistes intrinsèques de la couche de contact. En effet, pour éviter les défauts de décohésions céramiques on tend vers un dépôt de première couche fin et uniforme, alors que pour éviter les défauts surfaciques on vise plutôt un dépôt de première couche uniforme mais plus épais.
2s Les propriétés de la couche de contact doivent donc permettre de trouver un compromis entre ces caractéristiques antagonistes, afin de s'affranchir de tous défauts sur pièces.
L'invention parvient à ces objectifs avec le procédé suivant.
Le procédé de fabrication de moule carapace céramique à plusieurs couches dont au moins une couche de contact à partir d'un modèle en cire ou autre matériau semblable, comportant un trempage du modèle dans une barbotine contenant des particules céramiques et un liant, et des adjuvants, de manière à
3s former ladite couche de contact, à déposer des particules de sable sur la couche et à sécher ladite couche de contact. Conformément à l'invention le procédé est caractérisé par le fait que les particules céramiques de la barbotine sont des particules de mullite. En particulier les adjuvants comprennent un agent mouillant, un agent fluidifiant et un agent texturant.
s Grâce à la composition de la barbotine, on parvient à remplir les objectifs assignés pour tous les moules de fonderie, dont les propriétés satisfont aux conditions de coulées répondant notamment aux contraintes des procédés de solidification DS et SX. En particulier, la couche de contact n'est pas réactive face aux superalliages coulés.
lo Pour satisfaire aux contraintes économiques liées aux rejets, la barbotine est avantageusement composée de farine de mullite en quantité comprise entre 65 et 90% en poids, sans zircon. De même, les particules de sable ou « stuccos », pour cette couche de contact, sont formées à partir de grains de mullite et non de i s zircon.
L'ajout des adjuvants dans la barbotine permet de maîtriser les dépôts sur cire et d'en assurer des caractéristiques optimales en terme d'épaisseurs et de répartition sur pièces.
?o De préférence et pour satisfaire aux contraintes environnementales, le liant est une solution colloïdale minérale base eau, telle que la silice colloïdale, et non un liant base alcool.
2s Le dépôt de couche de contact sur cire, associé à un renfort par saupoudrage d'un sable de mullite de granulométrie comprise entre 80 et 250 microns permet d'obtenir une très bonne cohésion de première couche et de très bons états de surface des pièces coulées.
3o On décrit ci-après le procédé plus en détail.
Le procédé de fabrication des moules carapaces comprend une première étape de fabrication du modèle en cire ou en un autre matériau équivalent connu dans le domaine. Le plus généralement connu est la cire. Selon le type de pièce, on peut 3s regrouper les modèles en grappe de manière à pouvoir en fabriquer plusieurs _S_ simultanément. Les modèles sont façonnés aux dimensions des pièces définitives, au retrait près des alliages.
Les étapes de fabrication de la carapace sont de préférence menées par un robot s dont les mouvements sont programmés pour avoir une action optimale sur la qualité des dépôts réalisés, et pour s'affranchir de l'aspect géométrique des différents aubages.
On prépare parallèlement des barbotines dans lesquelles on trempe 1o successivement les modèles ou la grappe pour effectuer des dépôts de matières céramiques.
La composition de la première barbotine en pourcentage pondéral est la suivante IS
- farine de mullite 65 - 80 - liant silice colloïdale 20 - 35 -eau 0-5 - 3 adjuvants organiques qui sont des agents respectivement mouillant, 2t~ fluidifiant et texturant.
Les 3 adjuvants ont respectivement les fonctions suivantes - Le fluidifiant permet d'obtenir plus rapidement la rhéologie désirée lors 2s de la fabrication de la couche. Il agit en tant que dispersant. Il est choisi de préférence parmi les composés suivants : acides aminés, polyacrylates d'ammonium, tri-acides carboxyliques à groupements alcools.
- Le mouillant permet de faciliter le nappage de la couche lors du 3o trempé. Il est de préférence choisi parmi les composés suivants : alcools gras poly-alkylènes, alcools alkoxylates.
- Le texturant permet d'optimiser la rhéologie de la couche afin d'obtenir des dépôt adaptés. Il est choisi de préférence parmi : les polymères de l'oxyde 3s d'éthylène, les gommes de xanthane ou les gommes de guar.
Une fois le modèle retiré de la première barbotine après une phase d'immersion, le modèle recouvert subit une phase d'égouttage puis de nappage. On applique ensuite des grains de « stucco », particules de sable, par saupoudrage afin de ne pas perturber la fine couche de contact. On utilise de la mullite dont la s granulométrie dans cette première couche est fine. Elle est comprise entre 80 et 250 microns. L'état de surface des pièces en final en dépend en partie.
On sèche la couche.
a o Les essais ont montré que pour obtenir des caractéristiques rhéologiques satisfaisantes, l'incorporation d'adjuvants ëtait avantageuse sinon nécessaire.
On procède ensuite au trempé dans une seconde barbotine pour former une couche dite « intermédiaire ».
ls Comme précédemment, on dépose un « stucco » et on sèche.
On trempe ensuite le modèle dans une troisième barbotine pour former la couche 3 qui est la première couche dite « de renfort ».
?o On applique ensuite le stucco et on sèche. On répète les opérations de trempage dans la troisième barbotine, de stuccage et de séchage pour obtenir l'épaisseur de carapace souhaitée. Pour la dernière couche, on procède à une opération de glaçage.
?s Les deuxième et troisième barbotines peuvent comprendre un mélange de farines d'alumine et de mullite en quantités comprises entre 45 et 95% en poids, et des grains de mullite en quantités comprises entre 0 et 25% en poids.
3o Les trempés pour les différentes couches sont effectués de manières différentes et adaptées afin d'obtenir une répartition homogène des épaisseurs et d'éviter la formation de bulles, notamment dans les zones enfermées.
On procède à un séchage final après la formation de la dernière couche.
La carapace peut ainsi comprendre de 5 à 12 couches.
Le cycle de cuisson des moules comprend une phase de montée en température pendant une période déterminée, un palier à la température de cuisson et une phase de refroidissement. Le cycle de cuisson est choisi pour optimiser les s propriétés mécaniques des carapaces de manière à permettre les manipulations â
froid sans risque de casses, et de manière à minimiser leurs sensibilités aux chocs thermiques pouvant être générés lors des différentes étapes de coulées.
On a décrit un exemple de procédé de fabrication de moule carapace à partir de la ao couche de contact selon l'invention. Cette couche de contact peut être associée à
tous les types de couches selon les besoins, même le cas échéant avec des couches réalisées à partir de particules de zircon.
Claims (11)
1. Procédé de fabrication de moule carapace céramique à plusieurs couches dont au moins une couche de contact à partir d'un modèle d'aube de turbomachine à fabriquer, en cire ou autre matériau semblable, comprenant le trempage du modèle dans une première barbotine contenant des particules céramique et un liant pour former la couche de contact, à
déposer des particules de sable sur la couche de contact et à sécher la couche de contact, puis la formation de couches supplémentaires, dans lequel les particules de céramiques sont exemptes de zircon, les particules céramiques de la première barbotine sont des particules de mullite en quantité comprise entre 65 et 80 % en poids, la barbotine comprend un agent mouillant, un agent fluidifiant et un agent texturant, et les couches supplémentaires sont formées dans des barbotines comprenant un mélange de farines d'alumine et de mullite en quantités comprises entre 45 et 95%
en poids et des grains de mullite en quantités comprises entre 0 et 25% en poids,.
déposer des particules de sable sur la couche de contact et à sécher la couche de contact, puis la formation de couches supplémentaires, dans lequel les particules de céramiques sont exemptes de zircon, les particules céramiques de la première barbotine sont des particules de mullite en quantité comprise entre 65 et 80 % en poids, la barbotine comprend un agent mouillant, un agent fluidifiant et un agent texturant, et les couches supplémentaires sont formées dans des barbotines comprenant un mélange de farines d'alumine et de mullite en quantités comprises entre 45 et 95%
en poids et des grains de mullite en quantités comprises entre 0 et 25% en poids,.
2. Procédé selon la revendication 1, dont l'agent mouillant est choisi parmi les alcools gras poly-alkylènes et les alcools alkoxylates.
3. Procédé selon la revendication 2, dont l'agent fluidifiant est choisi parmi les acides aminés, les polyacrylates d'ammonium et les tri-acides carboxyliques à groupements alcools.
4. Procédé selon la revendication 1, dont l'agent texturant est choisi parmi les polymères de l'oxyde d'éthylène, les gommes de xanthane, et les gommes de guar.
5. Procédé selon la revendication 1, dont le liant est à base de solutions colloïdales minérales à base eau.
6. Procédé selon la revendication 5, dont le liant est à base de silice colloïdale.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dont les particules de sable sont formées de grains de mullite.
8. Procédé selon la revendication 7, dont les grains ont une granulométrie comprise entre 80 et 250 microns.
9. Procédé selon la revendication 1, dont les particules de sables sont appliquées par saupoudrage.
10. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour la fabrication d'une aube de turbomachine avec solidification de type dirigé à structure colonnaire.
11. Utilisation d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour la fabrication d'une aube de turbomachine avec solidification de type dirigé à structure monocristalline.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0405145 | 2004-05-12 | ||
| FR0405145A FR2870148B1 (fr) | 2004-05-12 | 2004-05-12 | Procede de fonderie a cire perdue avec couche de contact |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2507171A1 CA2507171A1 (fr) | 2005-11-12 |
| CA2507171C true CA2507171C (fr) | 2013-07-09 |
Family
ID=34939771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA2507171A Expired - Lifetime CA2507171C (fr) | 2004-05-12 | 2005-05-11 | Procede de fonderie a cire perdue avec couche de contact |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7370688B2 (fr) |
| EP (1) | EP1595618B1 (fr) |
| JP (1) | JP4918227B2 (fr) |
| CA (1) | CA2507171C (fr) |
| DE (1) | DE602005024887D1 (fr) |
| FR (1) | FR2870148B1 (fr) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013017547A1 (fr) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Dsm Ip Assets B.V. | Dispositif médical comprenant un revêtement hydrophile mouillé |
| DE102016123051A1 (de) | 2016-11-29 | 2018-05-30 | HÜTTENES-ALBERTUS Chemische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Aminosäure enthaltende Formstoffmischung zur Herstellung von Formkörpern für die Gießereiindustrie |
| CN107199309B (zh) * | 2017-06-08 | 2020-02-07 | 淄博金东机械制造有限公司 | 一种铸件模组制壳工艺 |
| FR3068271B1 (fr) | 2017-06-29 | 2021-12-10 | Safran Aircraft Engines | Procede de fonderie avec coulee en moule chaud |
| FR3085286B1 (fr) | 2018-08-28 | 2021-08-06 | Safran Aircraft Engines | Procede de fabrication d'une eprouvette a plusieurs couches ceramiques, eprouvette obtenue par la mise en œuvre d'un tel procede de fabrication et utilisation d'une telle eprouvette pour un essai de compression uniaxiale a chaud |
| CN109261901B (zh) * | 2018-11-26 | 2021-01-05 | 惠州市吉邦精密技术有限公司 | 一种易溃散型壳的制壳工艺 |
| FR3103400B1 (fr) | 2019-11-21 | 2022-08-19 | Safran Aircraft Engines | Moule de fonderie, procede de fabrication du moule et procede de fonderie |
| FR3145299B1 (fr) | 2023-01-27 | 2025-10-24 | Safran Aircraft Engines | Moule de fonderie |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859153A (en) * | 1970-06-25 | 1975-01-07 | Du Pont | Refractory laminate having improved green strength |
| US4363669A (en) * | 1979-12-05 | 1982-12-14 | Merck & Co., Inc. | Dispersible xanthan gum blends |
| DE3602420A1 (de) * | 1986-01-28 | 1987-07-30 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Stabile schlickergussmasse auf basis von feinteiligen aluminiumnitrid-enthaltenden pulvern |
| GB8911666D0 (en) * | 1989-05-20 | 1989-07-05 | Rolls Royce Plc | Ceramic mould material |
| JPH04224044A (ja) * | 1990-12-25 | 1992-08-13 | Hitachi Ltd | 精密鋳造用高強度鋳型の製造法 |
| US5407480A (en) * | 1993-09-30 | 1995-04-18 | Vinings Industries, Inc. | Stabilized, high solids, low viscosity smectite slurries, and method of preparation |
| JPH07116773A (ja) * | 1993-10-20 | 1995-05-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 精密鋳造用鋳型の製造方法 |
| US5618633A (en) * | 1994-07-12 | 1997-04-08 | Precision Castparts Corporation | Honeycomb casting |
| JPH09155503A (ja) * | 1995-12-05 | 1997-06-17 | Hitachi Ltd | 精密鋳造用鋳型および鋳造方法 |
| US5766329A (en) * | 1996-05-13 | 1998-06-16 | Alliedsignal Inc. | Inert calcia facecoats for investment casting of titanium and titanium-aluminide alloys |
| KR100759182B1 (ko) * | 1996-09-30 | 2007-09-14 | 히다치 가세고교 가부시끼가이샤 | 산화세륨 입자 |
| CN1101284C (zh) * | 1997-01-27 | 2003-02-12 | 联合讯号公司 | 低成本铸造γ-TiAI用的整体式坩埚和铸型 |
| US6431255B1 (en) * | 1998-07-21 | 2002-08-13 | General Electric Company | Ceramic shell mold provided with reinforcement, and related processes |
| WO2001045876A1 (fr) * | 1999-12-21 | 2001-06-28 | Howmet Research Corporation | Moule carapace resistant aux fissures et procede correspondant |
| JP2001232445A (ja) * | 2000-02-23 | 2001-08-28 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 単結晶精密鋳造用鋳型の製造方法 |
-
2004
- 2004-05-12 FR FR0405145A patent/FR2870148B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-05-10 DE DE602005024887T patent/DE602005024887D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2005-05-10 US US11/125,084 patent/US7370688B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2005-05-10 EP EP05103895A patent/EP1595618B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 2005-05-11 JP JP2005138393A patent/JP4918227B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2005-05-11 CA CA2507171A patent/CA2507171C/fr not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005349472A (ja) | 2005-12-22 |
| FR2870148B1 (fr) | 2006-07-07 |
| EP1595618B1 (fr) | 2010-11-24 |
| JP4918227B2 (ja) | 2012-04-18 |
| EP1595618A1 (fr) | 2005-11-16 |
| US7370688B2 (en) | 2008-05-13 |
| CA2507171A1 (fr) | 2005-11-12 |
| US20050252633A1 (en) | 2005-11-17 |
| FR2870148A1 (fr) | 2005-11-18 |
| DE602005024887D1 (de) | 2011-01-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1854569B1 (fr) | Procédé de fabrication de noyaux céramiques de fonderie pour aubes de turbomachine | |
| CA2507170C (fr) | Procede de fonderie a cire perdue | |
| KR100801970B1 (ko) | 주조 구성요소의 생산을 위한 도구, 그 도구를 생산하는방법 및 주조 구성요소의 생산 방법 | |
| CA2507171C (fr) | Procede de fonderie a cire perdue avec couche de contact | |
| FR2954193A1 (fr) | Procede de fonderie a la cire perdue | |
| FR3068271A1 (fr) | Procede de fonderie avec coulee en moule chaud | |
| Yadav et al. | Effect of process parameters on mechanical properties of the investment castings produced by using expandable polystyrene pattern | |
| EP4302903A1 (fr) | Procédé de fabrication d'une pièce de forme complexe et d'une contre-forme densifiable utile pour la préparation de ladite pièce | |
| EP3487649B1 (fr) | Procede de fabrication de moule carapace | |
| FR2611150A1 (fr) | Composition de moulage d'un noyau en ceramique, procede de fabrication d'un tel noyau et noyau en ceramique ainsi obtenu | |
| FR2666528A1 (fr) | Procede de preparation d'un moule de fonderie a partir de mousse alveolaire et barbotines ceramiques utilisees. | |
| CN1895815B (zh) | 使用接触层的失蜡铸造法 | |
| WO2020120882A1 (fr) | Barbotine de fonderie améliorée pour la fabrication de moules carapaces | |
| FR3062323A1 (fr) | Procede de fabrication d'un noyau ceramique | |
| KR101755832B1 (ko) | 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법 | |
| FR3098138A1 (fr) | Procede de fabrication d’une piece metallique | |
| JP6095935B2 (ja) | 精密鋳造用鋳型の製造方法 | |
| WO2025119956A1 (fr) | Procédé de préparation d'un moule destiné au frittage de préformes réalisées par impression 3d | |
| WO2024149952A1 (fr) | Procédé de fabrication d'un moule comprenant des particules fissurantes | |
| FR3146077A1 (fr) | Procédé de réalisation d’un moule carapace pour fabriquer une pièce de turbomachine, telle qu’une aube de turbomachine | |
| WO2014057915A1 (fr) | Moule pour coulée de précision et son procédé de production | |
| JP2017170491A (ja) | 精密鋳造用消失性模型の製造方法および精密鋳造用消失性模型 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EEER | Examination request |