EP3645191A1 - Procede de fonderie avec coulee en moule chaud - Google Patents

Procede de fonderie avec coulee en moule chaud

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EP3645191A1
EP3645191A1 EP18749852.2A EP18749852A EP3645191A1 EP 3645191 A1 EP3645191 A1 EP 3645191A1 EP 18749852 A EP18749852 A EP 18749852A EP 3645191 A1 EP3645191 A1 EP 3645191A1
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EP
European Patent Office
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mold
temperature
metal
casting
process according
Prior art date
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EP18749852.2A
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German (de)
English (en)
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EP3645191B1 (fr
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Serge Alain Fargeas
Serge Tenne
Dominique COYEZ
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Publication date
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Publication of EP3645191A1 publication Critical patent/EP3645191A1/fr
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Publication of EP3645191B1 publication Critical patent/EP3645191B1/fr
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C13/00—Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes
    • B22C13/08—Moulding machines for making moulds or cores of particular shapes for shell moulds or shell cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/025—Casting heavy metals with high melting point, i.e. 1000 - 1600 degrees C, e.g. Co 1490 degrees C, Ni 1450 degrees C, Mn 1240 degrees C, Cu 1083 degrees C
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings

Definitions

  • the present invention relates to the field of metal foundry.
  • metal means both pure metals and metal alloys.
  • the known foundry processes comprising at least one step of casting a metal in the liquid state in a mold, followed by cooling and solidification of the metal in the mold before demolding the solidified metal, it is possible to meet defects, especially when producing parts with particularly thin parts, such as the trailing edges of turbomachine blades. Indeed, the difference in temperature between the metal and the mold at the time of casting can cause premature cooling and solidification of a portion of the metal at the narrowest passages of the mold cavity, which can cause cracks, voids or other defects in the part thus molded.
  • the present disclosure aims to remedy these drawbacks by proposing a foundry process which makes it possible to avoid more effectively defects, while reducing mold movements and simplifying the process.
  • this object is achieved by virtue of the fact that, after the preheating of the mold to a first temperature, the casting of a metal in the liquid state, at a second temperature higher than the first temperature and, for example, at least 1250 ° C., is carried out in the mold maintained in a main oven at the first temperature since preheating, the difference between the first and the second temperature not being greater than 170 ° C. , and preferably not higher than 100 ° C or 80 ° C, and the cooling and solidification of the metal in the mold is performed while the mold is maintained in the main oven at a pressure of less than 0.1 Pa at less since pouring, before extraction of the mold from the main oven.
  • the step of cooling and solidifying the metal in the mold maintained in the main oven at a pressure of less than 0.1 Pa can be carried out with a oven cooling rate less than or equal to 7 ° C / min.
  • Such controlled cooling makes it possible to avoid the occurrence of cracks and other similar defects, in particular caused by the different rates of thermal contraction of the metal and the mold material.
  • the preheating step of the mold can be performed at least partly in a preheating oven different from the main oven.
  • the metal can solidify into equiaxial grains. This method is therefore not limited to the directed growth smelter of crystals, but is well applicable to conventional equiaxial polycrystalline metal alloys which form, in the solid state, a plurality of grains of substantially identical size, typically of the order 1 mm, but more or less random orientation.
  • the mold may in particular be a shell mold formed around a molding cavity, for example by the so-called lost wax method or lost model.
  • at least a first part of the mold around the molding cavity may have a wall thickness smaller than a second part of the mold. mold around the molding cavity.
  • the second mold portion may have a greater number of layers than the first part of the mold.
  • the wall thickness of the mold By thus modulating the wall thickness of the mold, in particular according to the thickness of the cavity in the same place, it is possible to prevent the different rates of thermal contraction of the metal and the mold material causing excessive mechanical stresses. on the metal during its cooling and solidification, constraints that could cause the appearance of cracks and other similar defects.
  • This foundry process can in particular be used to form, with the solidified metal, parts with particularly fine parts such as for example at least one turbomachine blade.
  • FIG. 1 illustrates a cluster of wax models created in a first step of a foundry process according to a first embodiment of the invention
  • FIGS. 2A and 2B illustrate two following steps of the method, in which the cluster is dipped entirely in a slip bath and then sprinkled to form a layer of a shell mold;
  • FIGS. 3A and 3B illustrate two following steps of the method, in which the cluster is partially immersed in the slip bath and then sprinkled to form an additional layer of the shell mold;
  • FIG. 5B illustrates the shell mold of FIG. 5A after the addition of a heat shield
  • FIGS. 6A, 6B and 6C illustrate consecutive steps of preheating the shell mold, casting, and controlled cooling, carried out in the same main oven
  • FIG. 8 illustrates a preheating step according to an alternative embodiment, in which the mold is initially preheated in a preheating oven before being introduced into a main oven, different from the preheating oven, in which the steps are carried out. casting and controlled cooling.
  • a first step of a casting process according to a first embodiment of the invention is the creation of a non-permanent cluster 21 comprising a plurality of models 22 connected by a shaft 23 supported by a plate 19, such as that illustrated on FIG. Figure 1.
  • the parts of the shaft 23 for forming hollow volumes in the mold 1 are formed of a low melting point material, such as a wax or modeling resin, while other parts of the shaft 23, forming stiffeners, may be of refractory material (hatched in Figure 1).
  • Models 22, which will form molding cavities in the mold, are also formed of a low melting temperature material.
  • the Models 22 represent such blades, with the blade head pointing downwards.
  • the batch 21 is quenched in a slip, and then sprinkled with a refractory sand, that is to say refractory material.
  • a refractory sand that is to say refractory material.
  • the materials used for the slip and the refractory sand, as well as the particle size of the refractory sand may be for example those disclosed in the French patent application publications FR 2,870,147 A1 and FR 2,870,148 A1.
  • the slip may, for example, For example, it may contain particles of ceramic materials, in particular in the form of flour, with a mineral colloidal binder and optionally adjuvants depending on the rheology desired for the slip, while the refractory sand may also be ceramic.
  • the ceramic materials that can be considered for slip and / or refractory sand are alumina, mullite and zircon.
  • the inorganic colloidal binder can be, for example, a mineral-based mineral colloidal solution, such as in particular colloidal silica.
  • Adjuvants may include a wetting agent, a fluidizer and / or a texturizer. These quenching and dusting steps can be repeated several times, possibly with slips and different sands, to form a slip-like impregnated sand shell around the bunch 21.
  • the method according to this first embodiment it is intended to produce a mold in which at least a first part of the mold has, around the molding cavities, a wall thickness smaller than that which a second part of the mold has around the molds. same mold cavities. More specifically, in this first embodiment, as illustrated, it is intended to obtain thinner walls at the blade heads than at the blade roots.
  • FIG. 2A initial quenching
  • FIG. 2A partial tempering is carried out, illustrated in FIG. 3A in which the cluster 22 is dipped, inverted, only halfway up the blade before being sprinkled as illustrated in FIG. 3B.
  • the upper part of the carapace thus formed will therefore comprise a greater number of layers than its lower part.
  • the cluster 21 coated with this shell can then be heated, for example in an autoclave at a temperature between 160 and 180 ° C. and at a pressure of 1 MPa, to melt and evacuate from the inside of the shell the material at low temperature. melting temperature of the cluster 21.
  • a firing step at higher temperature for example between 900 and 1200 ° C, the slurry solidifies so as to consolidate the refractory sand to form the refractory walls of the mold 1, as illustrated in Figure 4.
  • the mold 1 thus formed is a shell mold having a central shaft 4 extending, in the direction of the main axis X, between a casting bucket 5 and a base 6 in the form of plate.
  • the mold 1 also comprises a plurality of molding cavities 7 arranged in a cluster around the central shaft 4.
  • Each mold cavity 7 is connected to the tapping bucket 5 by a feed channel 8 through which the molten metal is deposited. is introduced during its casting.
  • the base 6 of the mold 1 is in the form of a tray.
  • inclined column stiffeners 20 connect the top of each molding cavity 7 to that of the casting cup 5, and other vertical column-shaped stiffeners 30 connect the bottom of each mold cavity 7 to the base 6.
  • the thickness d has walls of the upper portion 1a of the mold 1 around each mold cavity 7 is larger than the thickness d b of the walls of the lower part lb of the mold 1 around the same mold cavities 7.
  • the thickness d may be, for example, between 2.5 and 9 mm, while the thickness d b can be, for example, between 1.5 and 6 mm.
  • At least one heat shield 40 for example graphite, perpendicular to the main axis X, and refractory insulators 50 locally located in preferential zones of the mold can be added to this mold 1. mold 1.
  • a preheating step of this mold 1, illustrated in FIG. 6A is carried out before proceeding to the casting of the metal in the liquid state in this mold 1.
  • the mold 1 is heated in the main oven 100, which reaches a first temperature Ti.
  • the casting of the metal in the liquid state in the mold 1, as illustrated in Figure 6B so as to fill the hollow volumes of the mold 1, and in particular its molding cavities 7.
  • the metal is poured into the mold at a second temperature T 2 , greater than the first temperature Ti.
  • the temperature difference ⁇ between the second temperature T 2 and the first Ti temperature is limited, for example not greater than 170 ° C, or 100 ° C, or even 80 ° C.
  • the metal is, for example, a René-type nickel-based equiaxed alloy 77, with a solidus at about 1240 ° C. and a liquidus at about 1340 ° C.
  • the second temperature T 2 can be, for example, 1450 ° C
  • the first temperature Ti is then 1350 ° C, with a difference ⁇ no greater than 170 ° C.
  • the mold 1 is still maintained in the main oven 100 during a first stage of cooling and solidification of the metal in the mold 1, in which the pressure p v is maintained and the The dT / dt cooling of the furnace is controlled and limited, for example, to about 7 ° C / min maximum.
  • the pressure p v close to the vacuum, prevailing inside the main oven 100 makes it possible to restrict, or even eliminate, any convective cooling of the mold 1, so that the cooling of the mold 1 during this step is essentially radiative, and therefore easier to regulate inside the main oven 100.
  • the heat shield 40 divides the interior of the main oven 100 into two thermally independent zones, to ensure a more homogeneous cooling of the mold 1 and the metal to inside of it.
  • the upper limit of the cooling rate also limits the forces exerted on the metal by the difference in thermal contraction between the mold 1 and the metal that cools.
  • the thickness d b of the walls of the lower part lb of mold 1 is smaller than the thickness d a of the walls of the upper part of the mold 1 also makes it possible to limit the forces on the metal in the narrower portions of the molding cavities 7, which are those corresponding to the blade heads, in particular near the trailing edge.
  • the narrower walls of the mold 1 at these locations will yield under the constraints, rather than the metal. Thus, any cracks will form in the mold 1, rather than in the metal.
  • Rene alloy 77 is a polycrystalline equiaxed alloy
  • the metal will form, during its solidification, a plurality of grains of substantially identical size, typically of the order of 1 mm, but of orientation. more or less random.
  • Thickness at 1 mm 0.25 - 0.45 mm 0.5 - 0.6 mm trailing edge Maximum thickness of 1 - 2 mm 1.8 - 3mm dawn profile
  • the preheating step of the mold 1 is carried out entirely in the main oven 100, it is also conceivable to carry out this preheating, in part or in full, in a furnace of different preheating, before introducing the mold in the main oven, so as to reduce the time that the mold will occupy the main oven, and thus increase the rate of production.
  • the mold 1 which may be equivalent to that of FIG. 5, and produced by steps analogous to those of FIGS. 1 to 4, may be introduced into a preheating furnace 200, which may be at normal atmospheric pressure outside the vacuum chamber 101, to be initially preheated to a preheating temperature T 0 , less than or equal to the first temperature Ti, before being transferred to the main oven 100, where it can be further heated to reach and / or maintain the mold 1 at the first temperature Ti, up to the casting step of the metal, which can be also similar to that of the first embodiment, as are the subsequent steps.
  • a preheating furnace 200 which may be at normal atmospheric pressure outside the vacuum chamber 101, to be initially preheated to a preheating temperature T 0 , less than or equal to the first temperature Ti, before being transferred to the main oven 100, where it can be further heated to reach and / or maintain the mold 1 at the first temperature Ti, up to the casting step of the metal, which can be also similar to that of the first embodiment, as are the subsequent steps.

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Abstract

L'invention concerne le domaine de la fonderie, et en particulier un procédé de fonderie comprenant le préchauffage d'un moule (1) jusqu'à une première température, la coulée d'un métal à l'état liquide, à une deuxième température supérieure à la première température, dans le moule maintenu dans un four principal (100) à la première température depuis le préchauffage, l'écart entre la première et la deuxième température n'étant pas supérieur à 80°C, les refroidissement et solidification du métal dans le moule (1) maintenu dans le four principal (100) à une pression inférieure à 0,1 Pa au moins depuis la coulée, l'extraction du moule (1) du four principal (100), et le démoulage du métal solidifié.

Description

PROCEDE DE FONDERIE AVEC COULEE EN MOULE CHAUD
Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine de la fonderie du métal.
On entend par « métal », dans le présent contexte, tant des métaux purs que des alliages métalliques.
Avec les procédés de fonderie connus, comportant au moins une étape de coulée d'un métal à l'état liquide dans un moule, suivie du refroidissement et de la solidification du métal dans le moule avant le démoulage du métal solidifié, on peut rencontrer des défauts, en particulier lors de la production de pièces avec des parties particulièrement fines, comme par exemple les bords de fuite des aubes de turbomachine. En effet, la différence de température entre le métal et le moule au moment de la coulée peut provoquer un refroidissement et une solidification prématurés d'une partie du métal aux passages les plus étroits de la cavité de moulage, pouvant provoquer des criques, vides ou autres défauts dans la pièce ainsi moulée.
Afin de réduire le choc thermique au moment de la coulée, il a été proposé de procéder à une première étape de préchauffage du moule dans un four dédié. Toutefois, l'utilisation d'un tel four de préchauffage dédié impose l'extraction du moule du four de préchauffage et son transport vers l'endroit de la coulée. Pendant cette extraction et ce transport, le moule commence à refroidir, ce qui accroît à nouveau la possibilité de défauts. En outre, ces opérations supplémentaires avec un moule chaud compliquent le procédé de fonderie et exigent du temps et de l'espace additionnels, tout en augmentant aussi les risques d'accidents du travail.
Objet et résumé de l'invention
La présente divulgation vise à remédier à ces inconvénients, en proposant un procédé de fonderie qui permette d'éviter plus efficacement les défauts, tout en réduisant les déplacements du moule et en simplifiant le procédé.
Dans au moins un mode de réalisation, ce but est atteint grâce au fait que, après le préchauffage du moule jusqu'à une première température, la coulée d'un métal à l'état liquide, à une deuxième température supérieure à la première température et, par exemple, au moins égale à 1250°C, est effectuée dans le moule maintenu dans un four principal à la première température depuis le préchauffage, l'écart entre la première et la deuxième température n'étant pas supérieur à 170°C, et de préférence pas supérieur à 100°C, voire 80°C, et que le refroidissement et solidification du métal dans le moule s'effectue alors que le moule est maintenu dans le four principal à une pression inférieure à 0,1 Pa au moins depuis la coulée, avant l'extraction du moule du four principal.
Grâce à ces dispositions, le choc thermique de la coulée est réduit et la vitesse de refroidissement du métal est ensuite restreinte, limitant ainsi le risque de défauts dus à une solidification prématurée du métal aux passages les plus étroits de la cavité de moulage, tout en limitant aussi les déplacements du moule et le nombre d'opérations du procédé.
Afin de réduire encore plus le risque de défauts dans la pièce obtenue par ce procédé de fonderie, l'étape de refroidissement et solidification du métal dans le moule maintenu dans le four principal à une pression inférieure à 0,1 Pa peut être effectuée avec un taux de refroidissement du four inférieur ou égal à 7°C/min. Un tel refroidissement contrôlé permet d'éviter l'apparition de criques et autres défauts similaires, en particulier provoqués par les différents taux de contraction thermique du métal et du matériau du moule.
Afin de restreindre la durée d'occupation du four principal par le moule, et ainsi augmenter la cadence de production, l'étape de préchauffage du moule peut être effectuée au moins en partie dans un four de préchauffage différent du four principal. En particulier, le métal peut se solidifier en grains equiaxes. Ce procédé n'est donc pas limité à la fonderie à croissance dirigée des cristaux, mais est bien applicable aux alliages métalliques traditionnels polycristallins équiaxes qui forment, à l'état solide, une pluralité de grains de taille sensiblement identique, typiquement de l'ordre de 1 mm, mais d'orientation plus ou moins aléatoire.
Le moule peut notamment être un moule carapace formé autour d'une cavité de moulage, par exemple par le procédé dit à cire perdue ou modèle perdu. Dans ce cas, afin d'éviter de manière encore plus efficace la formation de défauts dans la pièce issue de ce procédé, au moins une première partie du moule autour de la cavité de moulage peut présenter une épaisseur de paroi inférieure à une deuxième partie du moule autour de la cavité de moulage. En particulier, quand le moule est formé par une pluralité de couches superposées, comme le sont en général les moules carapaces formés en trempant plusieurs fois un modèle dans un bain de barbotine, la deuxième partie du moule peut présenter un plus grand nombre de couches que la première partie du moule. En modulant ainsi l'épaisseur de paroi du moule, notamment en fonction de l'épaisseur de la cavité au même endroit, il est possible d'éviter que les différents taux de contraction thermique du métal et du matériau du moule causent des contraintes mécaniques excessives sur le métal lors de son refroidissement et solidification, contraintes qui pourraient provoquer l'apparition de criques et autres défauts similaires. Une réduction locale de l'épaisseur de paroi du moule, en particulier autour des parties les plus vulnérables du métal dans la cavité de moulage, permet de réduire les contraintes que le moule peut transmettre à ces endroits au métal sous- jacent, lors de leur refroidissement. Afin d'éviter une solidification prématuré du métal pendant la coulée, celle-ci peut avoir une durée inférieure à 2 secondes, voire égale ou inférieure à 1 seconde.
Ce procédé de fonderie peut notamment être utilisé pour former, avec le métal solidifié, des pièces avec des parties particulièrement fines comme par exemple au moins une aube de turbomachine. Brève description des dessins
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre une grappe de modèles en cire crée dans une première étape d'un procédé de fonderie suivant un premier mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 2A et 2B illustrent deux étapes suivantes du procédé, dans lesquelles la grappe est plongée entièrement dans un bain de barbotine et ensuite saupoudrée pour former une couche d'un moule carapace ;
- les figures 3A et 3B illustrent deux étapes suivantes du procédé, dans lesquelles la grappe est plongée partiellement dans le bain de barbotine et ensuite saupoudrée pour former une couche supplémentaire du moule carapace ;
- la figure 4 illustre une étape suivante de cuisson du moule carapace ;
- la figure 5A illustre le moule carapace après cuisson ;
- la figure 5B illustre le moule carapace de la figure 5A après l'adjonction d'un écran thermique
- les figures 6A, 6B et 6C illustrent des étapes consécutives de préchauffage du moule carapace, coulée, et refroidissement contrôlé, effectuées dans un même four principal ;
- la figure 7 illustre une étape finale de démoulage ;
- la figure 8 illustre une étape de préchauffage suivant un mode de réalisation alternatif, dans lequel le moule est initialement préchauffé dans un four de préchauffage avant d'être introduit dans un four principal, différent du four de préchauffage, dans lequel sont effectuées les étapes de coulée et refroidissement contrôlé. Description détaillée de l'invention Une première étape d'un procédé de fonderie suivant un premier mode de réalisation de l'invention est la création d'une grappe non permanente 21 comprenant une pluralité de modèles 22 reliés par un arbre 23 soutenu par un plateau 19, comme celle illustrée sur la figure 1. Les parties de l'arbre 23 destinées à former des volumes creux dans le moule 1 sont formées en une matière à basse température de fusion, comme une cire ou résine de modelage, tandis que d'autres parties de l'arbre 23, formant des raidisseurs, peuvent être en matériau réfractaire (hachuré sur la figure 1). Les modèles 22, qui vont former des cavités de moulage dans le moule, sont également formés en une matière à basse température de fusion. Lorsque la production de grands nombres de pièces est envisagée, il est notamment possible de produire ces éléments par injection de la cire ou résine de modelage dans un moule permanent Dans le mode de réalisation illustré, destiné à la production d'aubes de turbomachine, les modèles 22 représentent des telles aubes, avec la tête d'aube orientée vers le bas.
Pour produire un moule, plus spécifiquement un moule carapace à partir de cette grappe non permanente 21, on procède au trempé de la grappe 21 dans une barbotine, pour ensuite la saupoudrer avec un sable réfractaire, c'est-à-dire des grains de matière réfractaire. Les matériaux utilisés pour la barbotine et le sable réfractaire, ainsi que la granulométrie du sable réfractaire peuvent être par exemple ceux divulgués dans les publications de demande de brevet français FR 2 870 147 Al et FR 2 870 148 Al. Ainsi, la barbotine peut par exemple contenir des particules de matériaux céramiques, notamment en forme de farine, avec un liant colloïdal minéral et éventuellement des adjuvants en fonction de la rhéologie désirée pour la barbotine, tandis que le sable réfractaire peut également être céramique. Parmi les matériaux céramiques pouvant être considérés pour la barbotine et/ou le sable réfractaire, on compte l'alumine, la mullite et le zircon. Le liant colloïdal minéral peut être par exemple une solution colloïdale minérale base eau, telle que notamment la silice colloïdale. Les adjuvants peuvent comprendre un agent mouillant, un fluidifiant et/ou un texturant. Ces étapes de trempé et saupoudrage peuvent être répétées plusieurs fois, éventuellement avec des barbotines et sables différents, jusqu'à former une carapace de sable imprégné de barbotine d'une épaisseur souhaitée autour de la grappe 21.
Dans le procédé suivant ce premier mode de réalisation, on vise à produire un moule dans lequel au moins une première partie du moule présente, autour des cavités de moulage, une épaisseur de paroi inférieure à celle qu'une deuxième partie du moule présente autour des mêmes cavités de moulage. Plus spécifiquement, dans ce premier mode de réalisation, tel qu'illustré, on vise à obtenir des parois plus fines au niveau des têtes d'aubes qu'au niveau des pieds d'aubes. Pour obtenir cette différence d'épaisseur, après des trempés initiaux, illustrés dans la figure 2A, dans lesquels la grappe 21 est trempée entièrement dans la barbotine B, comme illustré sur la Fig. 2A, avant d'être saupoudrée de sable comme illustré sur la Fig. 2B, on procède à des trempés partiels, illustrés sur la Fig. 3A dans lesquels la grappe 22 n'est plongée, inversée, que jusqu'à mi-hauteur d'aube avant d'être saupoudrée comme illustré sur la Fig. 3B. La partie supérieure de la carapace ainsi formée va donc comprendre un plus grand nombre de couches que sa partie inférieure. Alternativement, toutefois, il est également envisageable de commencer par les trempés partiels, et finir par les trempés intégraux : seulement l'ordre des couches changera, mais la distribution des épaisseurs de paroi restera la même. Il est également envisageable de procéder à des trempés à plus de deux niveaux différents. La grappe 21 enrobée de cette carapace peut ensuite être chauffée, par exemple dans un autoclave à une température entre 160 et 180 °C et à une pression de 1 MPa, pour faire fondre et évacuer de l'intérieur de la carapace la matière à basse température de fusion de la grappe 21. Ensuite, dans une étape de cuisson à plus haute température, par exemple entre 900 et 1200°C, la barbotine se solidifie de manière à consolider le sable réfractaire pour former les parois réfractaires du moule 1, comme illustré sur la figure 4.
Le moule 1 ainsi formé, illustré aussi sur la figure 5A, est un moule carapace comportant un fût central 4 s'étendant, en direction de l'axe principal X, entre un godet de coulée 5 et une base 6 en forme de plateau. Le moule 1 comprend aussi une pluralité de cavités de moulage 7 arrangées en grappe autour du fût central 4. Chaque cavité de moulage 7 est reliée au godet de coulée 5 par un canal d'amenée 8 au travers duquel le métal en fusion s'y est introduit lors de sa coulée. La base 6 du moule 1 est en forme de plateau. En outre, des raidisseurs 20 en forme de colonnes inclinées relient le sommet de chaque cavité de moulage 7 à celui du godet de coulée 5, et d'autres raidisseurs 30 en forme de colonnes verticales relient le fond de chaque cavité de moulage 7 à la base 6. A cause du plus grand nombre de couches de barbotine cuite et sable réfractaire dans la partie supérieure la du moule 1 par rapport à sa partie inférieure lb, l'épaisseur da des parois de la partie supérieure la du moule 1 autour de chaque cavité de moulage 7 est plus grande que l'épaisseur db des parois de la partie inférieure lb du moule 1 autour des mêmes cavités de moulage 7. Ainsi, l'épaisseur da peut être, par exemple, entre 2,5 et 9 mm, tandis que l'épaisseur db peut être, par exemple, entre 1,5 et 6 mm.
Par ailleurs, comme illustré sur la figure 5B, on peut ajouter à ce moule 1 au moins un écran thermique 40, par exemple en graphite, perpendiculaire à l'axe principal X, ainsi que des isolants réfractaires 50 localement situés dans des zones préférentielles du moule 1.
Dans ce premier mode de réalisation, avant de procéder à la coulée du métal à l'état liquide dans ce moule 1, on procède à une étape de préchauffage de ce moule 1, illustrée sur la figure 6A. Dans cette étape, après introduction du moule 1 dans un four principal 100, situé dans une chambre à vide 101 dans laquelle une pression pv est maintenue égale ou inférieure à, par exemple, 0,1 Pa, le moule 1 est chauffé dans le four principal 100, qui atteint une première température Ti. Ensuite, sans sortir le moule 1 du four principal 100, tout en maintenant le four principal 100 à la première température Ti et à la pression pv, on procède à la coulée du métal à l'état liquide dans le moule 1, comme illustré sur la figure 6B, de manière à remplir les volumes creux du moule 1, et en particulier ses cavités de moulage 7. Le métal est versé dans le moule à une deuxième température T2, supérieure à la première température Ti. Toutefois, l'écart de température ΔΤ entre la deuxième température T2 et la première température Ti est limité, par exemple non supérieur à 170°C, voire 100°C, voire même 80°C. Ainsi, si le métal est, par exemple, un alliage équiaxe à base nickel de type René 77, avec un solidus à environ 1240°C et un liquidus à environ 1340 °C, la deuxième température T2 peut être, par exemple, de 1450°C, et la première température Ti être alors 1350°C, avec un écart ΔΤ non supérieur à 170°C. Ainsi, on évite un choc thermique excessif au métal fondu versé dans le moule 1, réduisant ainsi notamment le risque de solidification prématurée et intempestive du métal dans les passages les plus étroits du moule 1, solidification qui pourrait causer des blocages et des défauts locaux dans les pièces ainsi produites. La coulée du métal liquide est effectuée rapidement et complétée ainsi en un temps tv, qui peut par exemple être d'environ 2 secondes, voire une seule seconde. Dans l'étape suivante, illustrée sur la figure 6C, le moule 1 est encore maintenu dans le four principal 100 pendant une première étape de refroidissement et solidification du métal dans le moule 1, dans laquelle la pression pv est maintenue et le taux de refroidissement dT/dt du four est contrôlé et limité, par exemple, à environ 7°C/min maximum. La pression pv, proche du vide, régnant à l'intérieur du four principal 100 permet de restreindre, voire supprimer, tout refroidissement convectif du moule 1, de telle manière que le refroidissement du moule 1 pendant cette étape soit essentiellement radiatif, et donc plus facile à réguler à l'intérieur du four principal 100. Par ailleurs, l'écran thermique 40 permet de diviser l'intérieur du four principal 100 en deux zones thermiquement indépendantes, pour assurer un refroidissement plus homogène du moule 1 et du métal à l'intérieur de celui-ci. La limite supérieure au taux de refroidissement permet de limiter également les efforts exercés sur le métal par la différence de contraction thermique entre le moule 1 et le métal qui refroidit. Que, autour des cavités de moulage 7, l'épaisseur db des parois de la partie inférieure lb du moule 1 soit inférieure à l'épaisseur da des parois de la partie supérieure la du moule 1 permet également de limiter ces efforts sur le métal dans les parties les plus étroites des cavités de moulage 7, qui sont celles correspondant aux têtes d'aube, en particulier à proximité du bord de fuite. Les parois plus étroites du moule 1 à ces endroits céderont sous les contraintes, plutôt que le métal. Ainsi, des éventuelles criques se formeront dans le moule 1, plutôt que dans le métal.
Dans ce premier mode de réalisation, comme l'alliage René 77 est un alliage polycristallin équiaxe, le métal formera, lors de sa solidification, une pluralité de grains de taille sensiblement identique, typiquement de l'ordre de 1 mm, mais d'orientation plus ou moins aléatoire.
Après la solidification du métal dans le moule 1, quand le moule 1 a suffisamment refroidi, jusqu'à atteindre une troisième température T3 de, par exemple, de 800°C à 900°C , il est possible de le retirer du four principal 100 et de la chambre à vide 101, dans une étape d'extraction, pour qu'il continue ensuite à refroidir naturellement à pression et température ambiantes normales après avoir été placé sous une cloche isolante entourée de tissu réfractaire , jusqu'à l'étape de décochage de la carapace, illustrée sur la figure 7, dans laquelle le moule est détruit pour en retirer le métal solidifié, comprenant les aubes 200 de turbomachine ainsi formées, sur lequel des étapes subséquentes de découpage et finition pourront ensuite être effectuées.
Grâce à la réduction des efforts thermiques sur le métal dans ce procédé de fonderie, il se révèle possible de produire des pièces, notamment des aubes, tournantes ou directrices, de turbomachine, particulièrement fines. Ainsi, sur le tableau ci-dessous, des dimensions d'aube pouvant être atteintes avec un procédé de fonderie conventionnel sont comparées avec celles atteintes avec le procédé de ce premier mode de réalisation sur base du même matériau :
Dimension Procédé avec préchauffage Exemple comparatif jusqu'à Ti et
refroidissement à pv
Hauteur du pied 160 - 190 mm 160 mm d'aube à la tête d'aube
Longueur de corde 25 - 40 mm 25 - 30mm
Epaisseur à 1 mm du 0,25 - 0,45 mm 0,5 - 0,6 mm bord de fuite Epaisseur maximale du 1 - 2 mm 1,8 - 3mm profil d'aube
Bien que, dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus l'étape de préchauffage du moule 1 s'effectue intégralement dans le four principal 100, il est également envisageable d'effectuer ce préchauffage, en partie ou intégralement, dans un four de préchauffage différent, avant d'introduire le moule dans le four principal, de manière à réduire la durée de temps que le moule va occuper le four principal, et ainsi augmenter la cadence de production.
Ainsi, comme illustré sur la Fig. 8, dans un procédé de fonderie suivant un deuxième mode de réalisation, le moule 1, qui peut être équivalent à celui de la Fig. 5, et produit par des étapes analogues à celles des Figs. 1 à 4, peut être introduit dans un four de préchauffage 200, qui peut être à pression atmosphérique normale à l'extérieur de la chambre de vide 101, pour être initialement préchauffé jusqu'à une température de préchauffage T0, inférieure ou égale à la première température Ti, avant d'être transféré au four principal 100, où il peut être encore chauffé pour atteindre et/ou maintenir le moule 1 à la première température Ti, jusqu'à l'étape de coulée du métal, qui peut être aussi analogue à celle du premier mode de réalisation, tout comme les étapes subséquentes.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fonderie comprenant les étapes suivantes :
préchauffage d'un moule (1) jusqu'à une première température ;
coulée d'un métal à l'état liquide, à une deuxième température supérieure à la première température, dans le moule maintenu dans un four principal (100) à la première température depuis le préchauffage, l'écart entre la première et la deuxième température n'étant pas supérieur à 170°C ;
refroidissement et solidification du métal dans le moule (1) maintenu dans le four principal (100) à une pression inférieure à 0,1 Pa au moins depuis la coulée ;
extraction du moule (1) du four principal (100) ; et
démoulage du métal solidifié.
2. Procédé de fonderie suivant la revendication 1, dans lequel l'écart entre la première température et la deuxième température n'est pas supérieur à 100°C.
3. Procédé de fonderie suivant la revendication 2, dans lequel l'écart entre la première température et la deuxième température n'est pas supérieur à 80°C.
4. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, l'étape de refroidissement et solidification du métal dans le moule (1) maintenu dans le four principal (100) à une pression inférieure à 0,1 Pa s'effectue avec un taux de refroidissement du four (100) inférieur ou égal à 7°C/min.
5. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape de préchauffage du moule (1) est effectuée au moins en partie dans un four de préchauffage (X) différent du four principal (100).
6. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le métal se solidifie en grains equiaxes.
7. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moule (1) est un moule carapace formé autour d'une cavité de moulage (7).
8. Procédé de fonderie suivant la revendication 7, dans lequel au moins une première partie du moule (1) autour de la cavité de moulage (7) présente une épaisseur de paroi (db) inférieure à une épaisseur de paroi (da) d'une deuxième partie du moule (1) autour de la cavité de moulage (7).
9. Procédé de fonderie suivant la revendication 8, dans lequel le moule (1) est formé par une pluralité de couches superposées, et la deuxième partie du moule (1) présente un plus grand nombre de couches que la première partie du moule (1).
10. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de coulée a une durée inférieure à 2 secondes.
11. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième température est au moins égale à 1450 °C et inférieure à 1480°C.
12. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le métal solidifié forme au moins une aube de turbomachine.
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