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EP2741876B1 - Procede de fonderie de pieces metalliques monocristallines - Google Patents

Procede de fonderie de pieces metalliques monocristallines Download PDF

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Publication number
EP2741876B1
EP2741876B1 EP12758546.1A EP12758546A EP2741876B1 EP 2741876 B1 EP2741876 B1 EP 2741876B1 EP 12758546 A EP12758546 A EP 12758546A EP 2741876 B1 EP2741876 B1 EP 2741876B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
mold
core
cavity
metal
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.)
Active
Application number
EP12758546.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2741876B2 (fr
EP2741876A1 (fr
Inventor
Céline Yanxi CHAN
Benoît Georges Jocelyn MARIE
David Locatelli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=46832472&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP2741876(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by SNECMA SAS filed Critical SNECMA SAS
Publication of EP2741876A1 publication Critical patent/EP2741876A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2741876B1 publication Critical patent/EP2741876B1/fr
Publication of EP2741876B2 publication Critical patent/EP2741876B2/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • 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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D29/00—Removing castings from moulds, not restricted to casting processes covered by a single main group; Removing cores; Handling ingots

Definitions

  • the present invention relates to the field of foundry, and in particular the foundry of monocrystalline metal parts.
  • the traditional metal alloys are polycrystalline equiaxes: in the solid state, they form a plurality of grains of substantially identical size, typically of the order of 1 mm, but more or less random orientation.
  • the grain boundaries are weak points in a metal part produced from such an alloy.
  • the use of additives to reinforce these inter-grain seals has the drawback of reducing the temperature of the melting point, which is particularly disadvantageous when the parts thus produced are intended to be used at high temperature.
  • columnar polycrystalline alloys were initially proposed whose grains solidify with a determined orientation. This makes it possible, by orienting the grains in the main load direction of the metal part, to increase the resistance of these parts in a particular direction.
  • phase Y has a center face cubic crystal lattice, in which the atoms of nickel, aluminum and / or titanium can occupy any of the positions.
  • phase Y ' the atoms of aluminum and / or titanium form a cubic configuration, occupying the eight corners of the cube, whereas nickel atoms occupy the faces of the cube.
  • One of these new alloys is the "AM1" nickel alloy jointly developed by SNECMA and the ONERA laboratories, the concluded des Mines de Paris, and IMPHY SA.
  • the parts produced in such an alloy can achieve not only particularly high mechanical strength in all axes of effort, but also an improved thermal resistance, since it can dispense with additives intended to bind more strongly between them crystalline grains.
  • metal parts produced from such monocrystalline alloys can be advantageously used, for example, in the hot parts of turbines.
  • the molten alloy is poured into a cavity of a mold through at least one casting channel in the mold, the mold is unhooked after solidification of the alloy, to release the workpiece, and this is then subjected to a heat treatment, such as for example a quenching in which the metal is first heated, and then cooled rapidly, in order to homogenize the phases Y and Y 'in the single crystal without causing its melting .
  • the mechanical shocks to which the parts are subjected after the casting can locally destabilize the crystal lattice of the single crystal. Then, the heat treatment can trigger unwanted recrystallizations in the places thus destabilized, thereby losing the monocrystalline character of the room and introducing weak points therein. Even with great efforts, it is very difficult to avoid mechanical shocks in the handling of molds that can have a mass of several dozen pounds, especially since the shakeout of the mold involves, in itself, mechanical shocks. On the other hand, a limited reduction in the heat treatment temperature, alone, does not substantially prevent these recrystallization phenomena.
  • the present invention aims to remedy these disadvantages.
  • the invention aims to provide a foundry process that allows to largely limit the recrystallization phenomena following the heat treatment of the parts after solidification of the cast alloy in the mold.
  • the heat treatment is performed before operations that can weaken the crystalline structure of the single crystal forming the part. While the person skilled in the art could have thought that the presence of at least some remains of the mold during the heat treatment could affect the efficiency of the latter, it turns out that the heat treatment can be thus advanced without deleterious effects on the part metal and that, on the contrary, this advance makes it possible to avoid untimely recrystallizations during the heat treatment.
  • said shake-out of the mold comprises a first hammer-shake step, and a subsequent water-jet shake-out step
  • said heat treatment can be advantageously carried out before at least the water-jet shake, which is revealed often be the source of recrystallization phenomena during subsequent heat treatments.
  • said casting channel may comprise at least at least one transition zone adjacent to said cavity, with a rounding radius of not less than 0.3 mm between said casting channel and said cavity so that to avoid a pronounced bend in the flow of the molten alloy, bend that could give rise to a zone of recrystallization of the alloy.
  • the casting channel may have, in this transition zone, an enlarged section, with respect to an upstream section, in the direction of a main axis of a section of the cavity perpendicular to the pouring channel. More particularly, after casting, this transition zone could form at least one thinner metal film than the upstream casting channel, and more particularly at least one such metal film from each of two opposite sides of the casting channel.
  • said transition zone may form, after casting, at least one metal veil adjacent to said core and thinner than the upstream casting channel.
  • Each metal web adjacent the core may have an outer edge along a substantially concave line adjacent to a surface of the core.
  • the transition zone may form at least one metal veil on each side of said core.
  • said metal webs adjacent to the core may have outer edges joining at the ends, so as to surround the core.
  • this transition zone makes it possible to fill the cavity substantially simultaneously over its entire width, thus avoiding creating, during the solidification of the alloy, irregularities in the crystal structure of the single crystal. These irregularities could indeed cause, during the heat treatment step, a local recrystallization forming a weak point in the metal part.
  • the mold may contain a plurality of cavities, arranged in a cluster, for molding a plurality of metal parts simultaneously.
  • the process according to the invention is particularly suitable for the production of certain metal parts, such as turbomachine blades.
  • the present invention also relates to metal parts obtained by this method.
  • FIG. figure 1 A conventional foundry process, as used for example in the production of turbomachine blades and more particularly of high pressure turbine blades, is illustrated in FIG. figure 1 .
  • a ceramic mold 150 is produced, typically by the lost wax process, although other conventional methods may be used alternately.
  • This ceramic mold 150 comprises a cluster of cavities 151 connected by casting channels 152 to an orifice 153 outside the mold 150.
  • Each cavity 151 is shaped to mold a metal part to be produced.
  • the mold 150 also comprises cores 155 penetrating into each of the cavities 151.
  • a molten alloy 154 is poured into the orifice 153 to fill the cavities 151 through the channels of casting 152.
  • the hammer 150 is initially shaken off, in order to release from the mold 150 the metal parts 156 united in a cluster 157.
  • an additional step of water jet shaking is then carried out.
  • the individual pieces 156 are cut from the cluster 157.
  • the cores 155 are then unchecked from each piece 156 in the next step, and the pieces 156 are finally heat-treated.
  • This heat treatment can be, for example, quenching, in which the parts 156 are briefly heated, and then quickly cooled, to harden the alloy parts.
  • the alloys that can be used in this process include so-called monocrystalline alloys, which allow the production of parts formed by a single crystal grain or monocrystal.
  • the heat treatment the object of which is in fact the homogenization of the phases Y and Y 'in the single crystal, can trigger recrystallization phenomena locally weakening the parts.
  • the order of the operations is modified, so as to advance the heat treatment step.
  • the first step is also the production of a ceramic mold 250.
  • this ceramic mold 250 can also be produced by the lost wax process, or by another alternative method among those known to the person of career.
  • this ceramic mold 250 comprises a cluster of cavities 251 connected by channels 252 to an orifice 253 outside the mold 250. Each cavity 251 is also shaped to mold a metal part at produce.
  • the mold 250 also comprises cores 255 penetrating into each of the cavities 251.
  • a molten alloy 254 is poured into the orifice 253 to fill the cavities 251 through the pouring channels 252.
  • the mold 250 is also initially shaken off, in order to release the metal pieces 256 united in a cluster 257 from the mold 250.
  • gold proceeds directly to the heat treatment step.
  • the metal parts 256 still forming a cluster 257 with still remains of the mold 250, are directly subjected to, for example, quenching, in which the parts 256 are briefly heated, and then quickly cooled.
  • these channels 252 may comprise transition zones adjacent to the cavities 251.
  • the casting channel 252 widens progressively in the direction of a main axis X of a section S of the cavity 251 in a plane A perpendicular to the pouring channel, so that the radius of rounding between the pouring channel 252 and the cavity 251 is not less than 0.3 mm.
  • this transition zone widens on one side and the other of the core 253, as well as on the side opposite the core 253.
  • the presence of the transition zone thus makes it possible to distribute the flow of molten alloy substantially throughout the width of the cavity 251, thus avoiding the formation of subsequent recrystallization zones.
  • the monocrystalline piece 256 illustrated on the figure 4 is a turbine blade. It is illustrated in the raw state of demoulding, that is to say, with the solidified metal out of the mold release channel 252. This metal thus forms a central rod 275, sails 261, 262 and 263, and a section 276 adjacent to the blade head 265.
  • the molten alloy flows from the blade head 265, through the blade root 266, to a casting channel 252 connected to a nozzle. another cavity 251 further downstream.
  • the flow of molten alloy thus substantially follows the direction of the main axis Z of the blade.
  • the web 261, which extends towards the trailing edge 267 of the blade, has an outer edge 268 with a concave upstream segment and a convex downstream segment.
  • this outer edge 268 has a radius of curvature R which evolves only very gradually from the central rod 275 to the enlarged section 276.
  • the webs 262 and 263, which extend towards the leading edge 269 dawn on each side of the core 253, have respective outer edges 270,271 substantially concave along the core 253.
  • These outer edges 270, 271 are joined by their ends above the core 253 and in front thereof, thus forming two connections 272,273, so as to surround the core 253.
  • these sails 262, 263 have radii of curvature R 'and R "on the surfaces adjacent to the outer edges 270, 271 in order to avoid the germination of undesirable metallurgical defects in the vicinity of the core 253.
  • the transition surface 277 of the sails 261, 262 and 263 and the stem 275 at the enlarged section 276 is also rounded to prevent germination of such defects.
  • nickel monocrystalline alloys such as, in particular, AM1 and AM3 from SNECMA, but also others such as CMSX-2®, CMSX-4®, CMSX- 6 ®, and CMSX-10 ® from CM Group, René® N5 and N6 from General Electric, RR2000 and SRR99 from Rolls-Royce, and PWA 1480, 1484 and 1487 from Pratt & Whitney, among others.
  • Table 1 illustrates the compositions of these alloys: ⁇ b> Table 1: Compositions of monocrystalline nickel alloys in mass% ⁇ / b> Alloy Cr Co MB W al Ti Your Nb Re Hf VS B Or CMSX-2 8.0 5.0 0.6 8.0 5.6 1.0 6.0 - - - - Ball CMSX-4 6.5 9.6 0.6 6.4 5.6 1.0 6.5 - 3.0 0.1 - - Ball CMSX-6 10.0 5.0 3.0 - 4.8 4.7 6.0 - - 0.1 - - Ball CMSX-10 2.0 3.0 0.4 5.0 5.7 0.2 8.0 - 6.0 0.03 - - Ball René N5 7.0 8.0 2.0 5.0 6.2 - 7.0 - 3.0 0.2 - - Ball René N6 4.2 12.5 1.4 6.0 5.75 - 7.2 - 5.4 0.15 0.05 0,004 Ball RR2000 10.0 15.0 3.0 - 5.5 4.0 - - - - - Ball S

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

    Arrière-plan de l'invention
  • La présente invention concerne le domaine de la fonderie, et en particulier la fonderie de pièces métalliques monocristallines.
  • Les alliages métalliques traditionnels sont polycristallins équiaxes : à l'état solide, ils forment une pluralité de grains de taille sensiblement identique, typiquement de l'ordre de 1 mm, mais d'orientation plus ou moins aléatoire. Les joints entre grains constituent des points faibles dans une pièce métallique produite en un tel alliage. L'utilisation d'additifs pour renforcer ces joints inter-grains présente toutefois le défaut de réduire la température du point de fusion, ce qui est particulièrement inconvénient quand les pièces ainsi produites sont destinées à être utilisées à haute température.
  • Afin de résoudre cet inconvénient, des alliages polycristallins colonnaires ont été initialement proposés dont les grains se solidifient avec une orientation déterminée. Ceci permet, en orientant les grains dans la direction de charge principale de la pièce métallique, d'augmenter la résistance de ces pièces dans une direction particulière. Toutefois, même dans des pièces soumis à des efforts fortement orientés suivant un axe particulier, comme par exemple les aubes de turbine soumises aux forces centrifuges, il peut aussi être avantageux d'offrir une résistance accrue dans les autres axes.
  • Avec cet objet, depuis la fin des années 1979, des nouveaux alliages métalliques dits monocristallins ont été développés permettant la production en fonderie de pièces formées par un seul grain. Typiquement ces alliages monocristallins sont des alliages de nickel avec une concentration de titanium et/ou d'aluminium inférieure à 10% molaire. Ainsi, après leur solidification, ces alliages forment des solides biphasiques, avec une première phase Y et une deuxième phase Y'. La phase Y présente un réseau cristallin cubique à face centrée, dans lequel les atomes de nickel, aluminium et/ou titanium peuvent occuper n'importe quelle des positions. Par contre, dans la phase Y', les atomes d'aluminium et/ou titanium forment une configuration cubique, occupant les huit coins du cube, tandis que des atomes de nickel occupent les faces du cube.
  • Un de ces nouveaux alliages est l'alliage de nickel « AM1 » développé conjointement par la SNECMA et les laboratoires de l'ONERA, l'Ecole des Mines de Paris, et IMPHY SA. Les pièces produites en un tel alliage peuvent atteindre non seulement des tenues mécaniques particulièrement élevées dans tous les axes d'effort, mais aussi une tenue thermique améliorée, puisqu'on peut se passer des additifs destinés à lier plus fortement entre eux les grains cristallins. Ainsi, des pièces métalliques produites à base de tels alliages monocristallins peuvent être avantageusement utilisées, par exemple, dans les parties chaudes de turbines.
  • Toutefois, même en utilisant ces alliages spéciaux, il peut être difficile d'éviter un phénomène de recristallisation pendant la production de telles pièces, introduisant des nouveaux grains cristallins, et donc des nouveaux points faibles dans la pièce. Dans un procédé de fonderie traditionnel, l'alliage fondu est coulé dans une cavité d'un moule à travers au moins un canal de coulée dans le moule, le moule est décoché après solidification de l'alliage, afin de libérer la pièce, et celle-ci est ensuite soumise à un traitement thermique, tel que par exemple une trempe dans lequel le métal est d'abord chauffé, pour ensuite être refroidi rapidement, afin d'homogénéiser les phases Y et Y' dans le monocristal sans provoquer sa fusion.
  • Toutefois, les chocs mécaniques auxquels les pièces sont soumises après la coulée peuvent déstabiliser localement le réseau cristallin du monocristal. Ensuite, le traitement thermique peut déclencher des recristallisations intempestives dans les endroits ainsi déstabilisés, perdant ainsi le caractère monocristallin de la pièce et introduisant des points faibles dans celle-ci. Même avec des grands efforts, il est très difficile d'éviter des chocs mécaniques dans la manipulation de moules pouvant avoir une masse de plusieurs dizaine de kilos, d'autant plus que le décochage du moule implique, en soi, des chocs mécaniques. D'autre part, une réduction limitée de la température de traitement thermique, seule, ne permet pas d'empêcher sensiblement ces phénomènes de recristallisation.
    • Objet et résumé de l'invention
  • La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Pour cela, l'invention vise à proposer un procédé de fonderie qui permette de limiter en grande partie les phénomènes de recristallisation suite au traitement thermique des pièces après solidification de l'alliage coulé dans le moule.
  • Ce but est atteint grâce au fait que, dans un procédé de fonderie suivant au moins un mode de réalisation de l'invention, le traitement thermique est effectué après solidification de l'alliage dans le moule mais avant la fin du décochage.
  • Grâce à ces dispositions, le traitement thermique est effectué avant des opérations pouvant fragiliser la structure cristalline du monocristal formant la pièce. Alors que la personne du métier aurait pu penser que la présence au moins de restes du moule pendant le traitement thermique pourrait affecter l'efficacité de celui-ci, il s'avère que le traitement thermique peut être ainsi avancé sans effets délétères sur la pièce métallique et qu'au contraire, cet avancement permet d'éviter des recristallisations intempestives pendant le traitement thermique.
  • En particulier, si ledit décochage du moule comporte une première étape de décochage au marteau, et une étape subséquente de décochage au jet d'eau, ledit traitement thermique peut être effectué avantageusement avant au moins le décochage au jet d'eau, qui se révèle être souvent à la source de phénomènes de recristallisation lors de traitements thermiques subséquents.
  • Dans des modes de réalisation alternatifs, il serait toutefois envisageable d'effectuer le traitement thermique même avant le décochage initial du moule. Dans ce cas, on lutterait contre lesdits phénomènes de recristallisation par d'autres moyens, notamment géométriques.
  • Suivant un deuxième aspect de la présente invention, ledit canal de coulée peut comporter au moins au moins une zone de transition adjacente à ladite cavité, avec un rayon d'arrondi non inférieur à 0,3 mm entre ledit canal de coulée et ladite cavité afin d'éviter un coude prononcé dans l'écoulement de l'alliage fondu, coude qui pourrait donner lieu à une zone de recristallisation de l'alliage. En particulier, le canal de coulée peut présenter, dans cette zone de transition, une section élargie, par rapport à une section en amont, en direction d'un axe principal d'une section de la cavité perpendiculaire au canal de coulée. Plus particulièrement, après la coulée, cette zone de transition pourrait former au moins un voile métallique plus fin que le canal de coulée en amont, et plus particulièrement au moins un tel voile métallique de chacun de deux côtés opposés du canal de coulée. Quand le moule contient au moins un noyau pénétrant dans ladite cavité et occupant un espace adjacent audit canal de coulée afin de former une cavité dans la pièce métallique, ladite zone de transition peut former, après la coulée, au moins un voile métallique adjacent audit noyau et plus fin que le canal de coulée en amont. Chaque voile métallique adjacent au noyau peut présenter un bord extérieur suivant une ligne sensiblement concave adjacente sur une surface du noyau. La zone de transition peut former au moins un voile métallique de chaque côté dudit noyau. Dans ce cas, lesdits voiles métalliques adjacents au noyau peuvent présenter des bords extérieurs se rejoignant aux extrémités, de manière à entourer le noyau.
  • De cette manière, lors de la coulée, cette zone de transition permet de remplir la cavité de manière sensiblement simultanée sur toute sa largeur, évitant ainsi de créer, lors de la solidification de l'alliage, des irrégularités dans la structure cristalline du monocristal. Ces irrégularités pourraient en effet provoquer, lors de l'étape de traitement thermique, une recristallisation locale formant un point faible dans la pièce métallique.
  • Afin d'augmenter la production de pièces métalliques, le moule peut contenir une pluralité de cavités, arrangées en grappe, pour mouler une pluralité de pièces métalliques simultanément.
  • Le procédé suivant l'invention est particulièrement approprié pour la production de certaines pièces métalliques, comme les aubes de turbomachine. La présente invention se rapporte aussi aux pièces métalliques obtenues par ce procédé.
    • 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 un procédé de fonderie de l'art antérieur ;
    • la figure 2 illustre un procédé de fonderie suivant un mode de réalisation de la présente invention ;
    • la figure 3 illustre la connexion entre un canal de coulée et une cavité de moulage d'un moule de l'art antérieur ;
    • la figure 4 est une vue en perspective d'une pièce métallique produite suivant le procédé de la figure 2 ; et
    • la figure 5 et une coupe transversale de la pièce métallique de la figure 4 dans le plan V-V.
    Description détaillée de l'invention
  • Un procédé classique de fonderie, tel qu'utilisé par exemple dans la production d'aubes de turbomachine et plus particulièrement d'aubes de turbine haute pression, est illustré sur la figure 1. Dans une première étape, un moule céramique 150 est produit, typiquement par le procédé de la cire perdue, bien que d'autres procédés classiques puissent être utilisés alternativement. Ce moule céramique 150 comporte une grappe de cavités 151 reliées par des canaux de coulée 152 à un orifice 153 à l'extérieur du moule 150. Chaque cavité 151 est conformée pour mouler une pièce métallique à produire. Dans ce cas, les pièces à produire étant creuses, le moule 150 comporte aussi des noyaux 155 pénétrant dans chacune des cavités 151. Après cette première étape, dans une étape de coulée, un alliage fondu 154 est versé dans l'orifice 153 pour remplir les cavités 151 à travers les canaux de coulée 152.
  • Après solidification de l'alliage, dans une troisième étape, on procède au décochage initial du moule 150 au marteau, afin de libérer du moule 150 les pièces métalliques 156 unies en une grappe 157. Afin d'éliminer les derniers restes du moule 150, on procède ensuite à une étape supplémentaire de décochage par jet d'eau. Dans l'étape suivante S105, les pièces individuelles 156 sont découpées de la grappe 157. Les noyaux 155 sont ensuite décochés de chaque pièce 156 dans l'étape suivante, et les pièces 156 sont finalement traitées thermiquement. Ce traitement thermique peut être, par exemple, une trempe, dans laquelle les pièces 156 sont brièvement chauffées, pour être ensuite rapidement refroidies, afin d'endurcir l'alliage des pièces.
  • Parmi les alliages pouvant être utilisés dans ce procédé, on compte notamment les alliages dits monocristallins, qui permettent la production de pièces formées par un seul grain cristallin, ou monocristal. Toutefois, dans ce procédé de l'art antérieur, le traitement thermique, dont l'objet est en fait l'homogénéisation des phases Y et Y' dans le monocristal, peut déclencher des phénomènes de recristallisation fragilisant localement les pièces. Afin d'éviter cet inconvénient, dans un procédé de fonderie suivant un mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 2, l'ordre des opérations est modifié, de manière à avancer l'étape de traitement thermique.
  • Ainsi, dans ce procédé illustré sur la figure 2, la première étape est aussi la production d'un moule céramique 250. Comme dans l'art antérieur, ce moule céramique 250 peut aussi être produit par le procédé de la cire perdue, ou par un autre procédé alternatif parmi ceux connus de la personne du métier. En outre, comme dans l'art antérieur, ce moule céramique 250 comporte une grappe de cavités 251 reliées par des canaux de coulée 252 à un orifice 253 à l'extérieur du moule 250. Chaque cavité 251 est aussi conformée pour mouler une pièce métallique à produire. En outre, les pièces à produire étant aussi creuses, le moule 250 comporte également des noyaux 255 pénétrant dans chacune des cavités 251.
  • Après la première étape, et aussi comme dans l'art antérieur, dans une étape de coulée, un alliage fondu 254 est versé dans l'orifice 253 pour remplir les cavités 251 à travers les canaux de coulée 252. Après solidification de l'alliage, dans une troisième étape, on procède aussi au décochage initial du moule 250 au marteau, afin de libérer du moule 250 les pièces métalliques 256 unies en une grappe 257. Toutefois, dans ce procédé, après ce décochage initial, or procède directement à l'étape de traitement thermique. Pendant ce traitement thermique, les pièces métalliques 256, formant encore une grappe 257 avec encore des restes du moule 250, sont directement soumises à, par exemple, une trempe, dans laquelle les pièces 256 sont brièvement chauffées, pour être ensuite rapidement refroidies.
  • Afin d'éliminer les derniers restes du moule 250, on peut procéder ensuite au décochage par jet d'eau dans l'étape suivante. Finalement, les pièces individuelles 256 sont découpées de la grappe 257, et les noyaux 255 sont ensuite décochés de chaque pièce 256, déjà traitée thermiquement avant le décochage au jet d'eau.
  • Grâce à l'avancement de l'étape de traitement thermique, il est possible de réduire les phénomènes de recristallisation lors de cette étape. Toutefois, afin de réduire cette recristallisation de manière encore plus complète et surtout plus fiable, il convient aussi de donner une forme appropriée aux canaux de coulée 252. Dans la figure 3, on peut voir la connexion entre un canal de coulée 152 et une cavité de moulage 151 dans le moule 150 de l'art antérieur. Cette connexion forme des coudes très prononcés entre le canal 152 et la cavité 151, coudes qui peuvent provoquer la formation de zones de recristallisation 160 pendant le traitement thermique.
  • Dans le moule 250 du procédé illustré sur la figure 2, afin d'éviter la formation de telles zones de recristallisation dans chaque pièce 256 autour des canaux de coulée 252, ces canaux 252 peuvent comprendre des zones de transition adjacentes aux cavités 251. Dans cette zone de transition, le canal de coulée 252 s'élargit progressivement dans la direction d'un axe principal X d'une section S de la cavité 251 dans un plan A perpendiculaire au canal de coulée, de manière à ce que le rayon d'arrondi entre le canal de coulée 252 et la cavité 251 ne soit pas inférieur à 0,3 mm. En particulier, dans le mode de réalisation illustré, dans lequel le moule 250 comporte aussi au noyau 253 adjacent au canal de coulée 252, cette zone de transition s'élargit d'un côté et d'autre du noyau 253, ainsi que du côté opposé au noyau 253. Quand la cavité 251 et le canal 252 seront remplis de métal, celui-ci formera ainsi un voile 261 du côté opposé au noyau 253, et deux voiles 262, 263 adjacents au noyau 253, un de chaque côté du noyau 253, comme illustré sur les figures 4 et 5. Ces voiles 261, 262, 263 sont, perpendiculairement à l'axe X, sensiblement plus fins que le canal de coulée 252 en amont de la zone de transition.
  • Lors de l'étape de coulée, la présence de la zone de transition permet ainsi de distribuer le débit d'alliage fondu sensiblement dans toute la largeur de la cavité 251, évitant ainsi la formation de zones de recristallisation subséquente.
  • La pièce monocristalline 256 illustrée sur la figure 4 est une aube de turbine. Elle y est illustrée en état brut de démoulage, c'est-à-dire, avec le métal solidifié hors-pièce dans le canal de démoulage 252. Ce métal forme ainsi une tige centrale 275, des voiles 261,262 et 263, et une section élargie 276 adjacente à la tête d'aube 265. Pendant la coulée, l'alliage fondu s'écoule de la tête d'aube 265, à travers le pied d'aube 266, jusqu'à un canal de coulée 252 connecté à une autre cavité 251 plus en aval. L'écoulement de l'alliage fondu suit ainsi sensiblement la direction de l'axe principal Z de l'aube. Le voile 261, qui s'étend en direction du bord de fuite 267 de l'aube, présente un bord extérieur 268 avec un segment amont concave et un segment aval convexe. En coupe transversale, ce bord extérieur 268 présente un rayon de courbure R qui n'évolue que très graduellement de la tige centrale 275 à la section élargie 276. Les voiles 262 et 263, qui s'étendent en direction du bord d'attaque 269 de l'aube de chaque côté du noyau 253, présentent des bords extérieurs respectifs 270,271 sensiblement concaves longeant le noyau 253. Ces bords extérieurs 270, 271 se rejoignent par leurs extrémités au-dessus du noyau 253 et devant celui-ci, formant ainsi deux raccordements 272,273, de manière à entourer le noyau 253. En coupe transversale, ces voiles 262, 263 présentent des rayons de courbure R' et R" sur les surfaces adjacentes aux bords extérieurs 270, 271 afin d'éviter la germination de défauts métallurgiques indésirables à proximité du noyau 253. La surface de transition 277 des voiles 261,262 et 263 et la tige 275 à la section élargie 276 est également arrondie pour éviter la germination de tels défauts.
  • Parmi les alliages pouvant être utilisés dans ce procédé, on compte notamment les alliages monocristallins de nickel, tels que, notamment, les AM1 et AM3 de SNECMA, mais aussi d'autres comme les CMSX-2®, CMSX-4®, CMSX-6 ®, et CMSX-10 ® du C-M Group, les René® N5 et N6 de General Electric, les RR2000 et SRR99 de Rolls-Royce, et les PWA 1480, 1484 et 1487 de Pratt & Whitney, entre autres. Le tableau 1 illustre les compositions de ces alliages : Tableau 1 : Compositions d'alliages de nickel monocristallins en % massique
    Alliage Cr Co Mo W Al Ti Ta Nb Re Hf C B Ni
    CMSX-2 8,0 5,0 0,6 8,0 5,6 1,0 6,0 - - - - - Bal
    CMSX-4 6,5 9,6 0,6 6,4 5,6 1,0 6,5 - 3,0 0,1 - - Bal
    CMSX-6 10,0 5,0 3,0 - 4,8 4,7 6,0 - - 0,1 - - Bal
    CMSX-10 2,0 3,0 0,4 5,0 5,7 0,2 8,0 - 6,0 0,03 - - Bal
    René N5 7,0 8,0 2,0 5,0 6,2 - 7,0 - 3,0 0,2 - - Bal
    René N6 4,2 12,5 1,4 6,0 5,75 - 7,2 - 5,4 0,15 0,05 0,004 Bal
    RR2000 10,0 15,0 3,0 - 5,5 4,0 - - - - - - Bal
    SRR99 8,0 5,0 - 10,0 5,5 2,2 12,0 - - - - - Bal
    PWA1480 10,0 5,0 - 4,0 5,0 1,5 12,0 - - - 0,07 - Bal
    PWA1484 5,0 10,0 2,0 6,0 5,6 - 9,0 - 3,0 0,1 - - Bal
    PWA1487 5,0 10,0 1,9 5,9 5,6 - 8,4 - 3,0 0,25 - - Bal
    AM1 7,0 8,0 2,0 5,0 5,0 1,8 8,0 1,0 - - - - Bal
    AM3 8,0 5,5 2,25 5,0 6,0 2,0 3,5 - - - - - Bal
  • 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 sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Par exemple, dans un mode de réalisation alternatif, le traitement thermique pourrait être effectué même avant le décochage initial du moule. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims (19)

  1. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256), comportant au moins les étapes de :
    coulée d'un alliage fondu (254) dans une cavité (251) d'un moule (250) à travers au moins un canal de coulée (252) dans le moule (250) ;
    traitement thermique de l'alliage ; et
    décochage du moule (250) ; et
    caractérisé en ce que le traitement thermique est effectué après solidification de l'alliage dans le moule (250) mais avant la fin du décochage.
  2. Procédé de fonderie suivant la revendication 1, dans lequel ledit décochage du moule (250) comporte une première étape de décochage au marteau, et une étape subséquente de décochage au jet d'eau, ledit traitement thermique étant effectué avant au moins le décochage au jet d'eau.
  3. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit canal de coulée (252) comporte au moins une zone de transition adjacente à ladite cavité (251), avec un rayon d'arrondi non inférieur à 0,3 mm entre ledit canal de coulée (252) et ladite cavité (251).
  4. Procédé de fonderie suivant la revendication 3, dans lequel ledit canal de coulée (252) présente une section transversale élargie, par rapport à une section en amont, dans la direction d'un axe principal (X) d'une section (S) de la cavité (251) dans un plan (A) perpendiculaire au canal de coulée (252).
  5. Procédé de fonderie suivant la revendication 4, dans lequel, après la coulée, ladite zone de transition forme au moins un voile métallique (261,262,263) plus fin que le canal de coulée (252) en amont.
  6. Procédé de fonderie suivant la revendication 5, dans lequel, après la coulée, ladite zone de transition forme, de chacun de deux côtés opposés du canal de coulée (252), au moins un voile métallique (261,262,263) plus fin que le canal de coulée (252) en amont.
  7. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel ledit moule contient au moins un noyau (255) pénétrant dans ladite cavité et occupant un espace adjacent audit canal de coulée (252) afin de former une cavité dans la pièce métallique (256), et dans lequel ladite zone de transition forme, après la coulée, au moins un voile métallique (262,263) adjacent audit noyau (255) et plus fin que le canal de coulée (252) en amont.
  8. Procédé de fonderie suivant la revendication 7, dans lequel, après la coulée, ladite zone de transition forme au moins un voile métallique (262,263) adjacent audit noyau (255) de chacun de deux côtés opposés du noyau (255).
  9. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256), comportant au moins les étapes de :
    coulée d'un alliage fondu (254) dans une cavité (251) d'un moule (250) à travers au moins un canal de coulée (252) dans le moule (250) ;
    traitement thermique de l'alliage ; et
    décochage du moule (250) ;
    caractérisé en ce que ledit canal de coulée (252) comporte au moins une zone de transition adjacente à ladite cavité (251), avec un rayon d'arrondi non inférieur à 0,3 mm entre ledit canal de coulée (252) et ladite cavité (251).
  10. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256) suivant la revendication 9, dans lequel ledit canal de coulée (252) présente une section transversale élargie, par rapport à une section en amont, dans la direction d'un axe principal (X) d'une section (S) de la cavité (251) dans un plan (A) perpendiculaire au canal de coulée (252).
  11. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256) suivant la revendication 10, dans lequel, après la coulée, ladite zone de transition forme au moins un voile métallique (261,262,263) plus fin que le canal de coulée (252) en amont.
  12. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256) suivant la revendication 11, dans lequel, après la coulée, ladite zone de transition forme, de chacun de deux côtés opposés du canal de coulée (252), au moins un voile métallique (261,262,263) plus fin que le canal de coulée (252) en amont.
  13. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256) suivant l'une quelconque des revendications 11 ou 12, dans lequel ledit moule contient au moins un noyau (255) pénétrant dans ladite cavité et occupant un espace adjacent audit canal de coulée (252) afin de former une cavité dans la pièce métallique (256), et dans lequel ladite zone de transition forme, après la coulée, au moins un voile métallique (262,263) adjacent audit noyau (255) et plus fin que le canal de coulée (252) en amont.
  14. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256) suivant la revendication 13, dans lequel ledit voile métallique (262,263) adjacent au noyau (255) présente un bord extérieur (270, 271) suivant une ligne sensiblement concave adjacente sur une surface du noyau (255).
  15. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256) suivant l'une quelconque des revendications 13 ou 14, dans lequel, après la coulée, ladite zone de transition forme au moins un voile métallique (262,263) adjacent audit noyau (255) de chacun de deux côtés opposés du noyau (255).
  16. Procédé de fonderie de pièces métalliques monocristallines (256) suivant la revendication 15, dans lequel lesdits voiles métalliques (262,263) adjacents au noyau (255) présentent des bords extérieurs (270, 271) se rejoignant aux extrémités, de manière à entourer le noyau (253).
  17. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel ladite pièce métallique (256) est une aube de turbomachine.
  18. Procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel ledit moule (250) contient une pluralité de cavités (251), arrangées en grappe, afin de mouler une pluralité de pièces métalliques (256) simultanément.
  19. Pièce métallique monocristalline (256) produite par un procédé de fonderie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18.
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