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WO2014053754A1 - Procede pour l'integration de materiau abradable dans un logement par compression isostatique - Google Patents

Procede pour l'integration de materiau abradable dans un logement par compression isostatique Download PDF

Info

Publication number
WO2014053754A1
WO2014053754A1 PCT/FR2013/052316 FR2013052316W WO2014053754A1 WO 2014053754 A1 WO2014053754 A1 WO 2014053754A1 FR 2013052316 W FR2013052316 W FR 2013052316W WO 2014053754 A1 WO2014053754 A1 WO 2014053754A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
abradable material
housing
temperature
sheath
abradable
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/052316
Other languages
English (en)
Inventor
Laurent Ferrer
Original Assignee
Snecma
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
Application filed by Snecma filed Critical Snecma
Priority to GB1507630.0A priority Critical patent/GB2521976B/en
Priority to US14/433,586 priority patent/US9943908B2/en
Publication of WO2014053754A1 publication Critical patent/WO2014053754A1/fr

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
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    • B22F2003/247—Removing material: carving, cleaning, grinding, hobbing, honing, lapping, polishing, milling, shaving, skiving, turning the surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • F05D2230/22—Manufacture essentially without removing material by sintering

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a part having a housing which comprises an opening opening on a free surface of this part, this housing being intended to receive an abradable material.
  • the solution currently used is to bring the dawn as close as possible to the casing by installing a soft material in a housing on the casing, at the right of the blades.
  • This material is abradable, which means that it has the property of being easily dug by the end of the dawn in case of contact. In some cases, this material has wear properties, which can sometimes allow polishing of the end of the blade.
  • the blade is virtually undamaged when it rubs against this abradable material, and the space between the end of the blade and the inner surface of the housing is kept to a minimum.
  • inside and outside denote the region inside and outside the housing of the room, respectively.
  • portions of abradable material are made by sintering, then these portions are assembled and adjusted within the housing, and these portions are glued into the housing to form a layer that fills the housing.
  • the present invention aims to remedy these disadvantages.
  • the aim of the invention is to propose a method which allows a good adhesion of the abradable material to the wall of the housing, and a good mechanical cohesion of the abradable material so that no detachment occurs at the interface between the block abradable material and the wall of the housing and that it does not occur cracking or premature damage within the block of abradable material.
  • the method comprises the following steps: (a) The opening is closed with a sheath, the sheath having a vacuum port and a filling port,
  • step (d) the following steps are performed:
  • step (d) the following steps are performed:
  • FIG. 1A represents a part before step (a) of the method according to the invention
  • FIG. 1B represents a part after step (a) of the method according to the invention
  • FIG. 1C represents a part after steps (b) and (c) and before step (d) of the method according to the invention
  • FIG. 1D represents a part after step (d) of the method according to the invention
  • FIG. 1E represents a part after steps (e) and (f) of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a part after steps (b) and (c) of a variant of the method according to the invention
  • FIG. 3 shows a part before step (d) of the method according to a second embodiment of the invention.
  • An abradable material 50 is provided which consists of a set of particles.
  • particle is meant an element which may have a grain shape, substantially spherical, or a more elongated shape in one dimension (fibers) or two dimensions (platelets).
  • fibers fibers
  • platelets two dimensions
  • These particles are in whole or in majority in a sinterable material, that is to say a material which is able to diffuse from one particle to an adjacent particle when the particles are kept in contact with each other at high temperature. for a while, so that links are created between the particles.
  • the material is then sintered.
  • the abradable material 50 may further comprise particles (organic, inorganic, metallic, intermetallic, etc.) which will transform to form gas bubbles or which will have poor adhesion by diffusion. Thus, these particles facilitate the stall of abradable pieces to the passage of the movable elements to better reduce the clearance between these elements and the surface of the abradable on which the elements come to rub.
  • particles organic, inorganic, metallic, intermetallic, etc.
  • a part 10 which has one or more housings 20.
  • This or these housings 20 are cavities formed in the part 10, and which open on a free surface 15 of the part 10.
  • These housings 20 are for example grooves, or depressions.
  • a housing 20 thus has at least one opening 15 at an outer surface of the part.
  • This opening 15 is continuous. It can also be discontinuous, that is to say composed of several sub-openings.
  • This piece 10 is in its final or near-final form.
  • final shape we mean a piece already shaped and machined closer to the final dimensions.
  • quasi-final form means a piece already formatted, before its machining closer to the final dimensions.
  • this part 10 is a turbomachine casing, and the movable elements are blades.
  • the invention applies to any part 10 having at least one housing 20 as described above.
  • Such a part (housing) 10 is shown in section in FIG. 1A.
  • the free surface 15 on which opens the opening 25 of the housing 20 is the radially inner face of the housing 10 which is a shell centered on an axis.
  • the housing 20 is a dovetail-shaped groove which extends in a direction perpendicular to the cutting plane.
  • the housing 20 may also be of any shape.
  • the maximum section of the housing 20 in a plane parallel to the free surface 15 may be at a non-zero distance from the free surface 15.
  • the bottom of the housing 20 (the furthest part of the free surface 15) has a maximum section.
  • the housing 20 has at least one convergent portion approximating the opening 25. In this way, the abradable material 25 which fills the housing 20 (see below), once forming a block in one piece , is mechanically held in the housing 20.
  • the opening 25 is closed with a sheath 30 (step (a) of the process).
  • FIG. 1B illustrates this step.
  • This sheath 30 is made of a sufficiently flexible or ductile material and with a thickness sufficiently small to deform under the effect of the pressure P which will be applied at a subsequent stage at a certain temperature and for a certain duration (see below). .
  • the sheath 30 closes the opening 25 sealingly except for a vacuum port 31 and a filling port 32.
  • edges of the sheath 30 are secured to the free surface 15 over the entire periphery of the opening 25.
  • This fixing is, for example, performed by welding.
  • the sheath has a vacuum port 31 and a filling port 32.
  • One and / or the other of these orifices may be continuous, or discontinuous, that is to say composed of several disjoint sub-orifices.
  • the housing 20 is filled with the abradable material 50 using the filling port 32, and the housing 20 is evacuated using the vacuum port 31 (process step (b)). For example, first fill the housing 20, then it evacuates. Alternatively, the housing 20 is filled and evacuated simultaneously.
  • abradable material 50 is in the form of a set of disjoint particles allows this filling.
  • the filling can be performed simultaneously with the creation of the vacuum housing 20, which reduces the total time of the process.
  • step (c) of the process illustrates this step.
  • the volume defined by the wall of the housing 20 and the sheath 30, called initial volume, is strictly greater than the volume of the housing 20, the volume of the housing 20 being defined by the wall of the housing 20 and a plane which is located in the extension of the free surface 15 on which opens the opening 25.
  • a pressure P greater than the atmospheric pressure is then applied to the outer face of the sheath 30.
  • the sheath 30 is deformed under the effect of a unidirectional stress normal to its surface, and the sheath 30 subjects the abradable material 50 to one deformation in the housing 20 (the abradable material 50 being constrained by the wall of the housing 20), while heating the abradable material 50 to a temperature above 150 ° C until sintering occurs between the particles of the abradable material 50 (step (d) of the process).
  • Figure 1D illustrates this step.
  • the abradable material 50 is sintered and occupies a volume (called the final volume) which is smaller than the initial volume, due to the compaction and sintering that took place between the particles of the abradable material 50 .
  • the temperature and pressure are then lowered to room temperature and ambient pressure respectively, and the sheath 30 is removed (step (e) of the process).
  • the final volume may be greater than the volume of the housing 20.
  • the abradable material 50 may form a bulge beyond the free surface 15.
  • the surface 55 is the free surface of the abradable material which gives on the outside of the part 10 (in the case where the part 10 is a housing, the surface 55 gives on the internal space of the housing).
  • the surface 55 of the abradable material 50 can be machined at the opening 25 so that the surface 55 after machining is substantially in line with the free surface 15 of the part 10.
  • FIG. 1E illustrates this step (step (f) of the method).
  • a blade (shown dashed in Figure 1E) is positioned so that its end rubs against the surface 55, and the gas leak at the end of the blade is minimized.
  • the surface 55 after machining is in the extension of the free surface 15.
  • the housing 20 is filled with a plurality of layers of abradable materials 50, each layer being different in nature from an adjacent layer.
  • two layers of different nature means a layer made of a material different from another layer, or a layer consisting of a mixture of several materials and another layer consisting of the mixture of the same materials but in different proportions.
  • the layers do not have the same properties.
  • FIG. 2 This situation is illustrated in FIG. 2 in the case of two layers.
  • a portion of the housing 20 is filled with a first abradable material 51 which forms a first layer, and then the remainder of the housing 20 is filled with a second abradable material 52 which forms a second layer.
  • step (d) the following steps are performed:
  • the abradable material 50 is heated until each of its points is at a temperature T1 greater than 150 ° C. while exerting an isostatic compression of the sheath 30 so that it is exerted on the sheath A pressure P,
  • the duration of the step (k2) may be low, less than 5 minutes, or even zero because the sintering of all the particles of the abradable material 50 may have occurred during the rise in temperature during the step (kl).
  • the assembly consisting of the part 10, the sheath 30 and the abradable material 50 in a chamber filled with gas.
  • This method has the advantage that the part 10 does not deform substantially during the process according to the invention.
  • the temperature T1 may be greater than the temperature at which a maximum of the porosities of the abradable material 50 is resorbed.
  • the adhesion of the particles of abradable material 50 to the surface of the wall of the housing 20 is improved. There is therefore less subsequent detachment of the abradable material 50.
  • the filling of the housing 20 with the particles of abradable material 50 is also more efficient, which allows for a complex shaped housing with recesses and protuberances.
  • the adhesion in use between the wall of the housing 20 and the abradable material is further improved.
  • the temperature T1 is greater than 500 ° C.
  • a part 10 comprising a first solid continuous part made of a first material, and a second part made of a second distinct material, this second part initially being in powder form and intended to be secured to this first part by compression isostatic hot, it is possible to carry out isostatic hot pressing of this second part simultaneously and the hot isostatic pressing of the abradable material 50.
  • the housing 20 is then located in the first part of the part 10.
  • the part 10 is a casing
  • the first part is made of steel
  • the second part is initially a titanium alloy powder, which forms at the end of the isostatic compression a continuous solid part made of titanium alloy.
  • step (d) the following steps are performed:
  • the abradable material 50 is heated until each of its points is at a temperature T2 of between 150 ° C. and 500 ° C.
  • Steps (ml) and (m2) constitute a warm hydroforming.
  • the duration of the step (m3) may be low, less than 5 minutes, or even zero because the sintering of all the particles of the abradable material 50 may have occurred during the rise in temperature during the step (ml) or during steps (ml) and (m2).
  • the rigid enclosure is stiffer than the sheath 30 so that the sheath 30 deforms during the process.
  • the part 10 can be placed in a rigid mold 70 which does not cover the enclosure 60, so that the deformation of the part 10 during the steps (m2) and (m3) is minimized.
  • the mold 70 is more rigid than the part 10.
  • the sintering of the abradable material 50 is more efficient (better particle compaction and fewer residual porosities, and better cohesion of the particles) and faster compared to the processes of the art. previous thanks preheating and compressing the abradable material 50 (steps (ml) and (m2)).
  • the adhesion of the particles of abradable material 50 to the surface of the wall of the housing 20 is improved. There is therefore less subsequent detachment of the abradable material 50.
  • the temperature T3 may be greater than the temperature at which a maximum of the porosities of the abradable material 50 is resorbed.
  • the filling of the housing 20 with the particles of abradable material 50 is also more efficient, which allows for a complex shaped housing with recesses and protuberances.
  • the temperature T3 is greater than 500 ° C.
  • a part 10 comprising a first solid continuous part made of a first material, and a second part made of a second distinct material, this second part initially being at least partially in the form of powder and being intended to be secured to this first material part by warm hydroforming followed by sintering, it is possible to perform simultaneous hydroforming followed by sintering of this second part and warm hydroforming followed by sintering of the abradable material 50.
  • the part 10 is a casing, the first part is made of steel, the second part is initially a titanium alloy powder, which forms at the end of the warm hydroforming followed by sintering a continuous solid part in titanium alloy.
  • the part 10 is a housing, the first part consists of one or more materials, and the second part is a composite layer made of titanium fibers in a matrix in powder form.
  • the second part will form a continuous solid part reinforced by titanium fibers.

Landscapes

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Abstract

Procédé de fabrication d'une pièce (10) présentant un logement (20) qui comprend une ouverture (25) débouchant sur une surface libre (15) de cette pièce (10). Le procédé comprend les étapes suivantes : (a) On ferme l'ouverture (25) avec une gaine (30), la gaine présentant un orifice de vide (31) et un orifice de remplissage (32), (b) On remplit le logement (20) avec un matériau abradable (50) constitué de particules en utilisant l'orifice de remplissage (32), et on fait le vide dans le logement (20) à l'aide de l'orifice de vide (31), (c) On ferme de façon étanche les orifices (31, 32), (d) On déforme la gaine (30) de façon à effectuer une compression du matériau abradable (50) dans le logement (20) et on chauffe le matériau abradable (50) à une température supérieure à 150°C jusqu'à ce qu'il se produise un frittage du matériau abradable (50), (e) On abaisse ensuite la température et la pression.

Description

PROCEDE POUR L'INTEGRATION DE MATERIAU ABRADABLE DANS UN LOGEMENT PAR COMPRESSION ISOSTATIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une pièce présentant un logement qui comprend une ouverture débouchant sur une surface libre de cette pièce, ce logement étant destiné à recevoir un matériau abradable.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
De nombreuses machines comportent des parties en mouvement par rapport à des parties fixes. On cherche à minimiser les fuites de gaz ou d'air qui existent entre les parties fixes et les parties mobiles d'une telle machine, car elles conduisent à une perte de performance.
Par exemple on connaît des machines comportant une pièce (rotor) animée d'un mouvement de rotation par rapport à un axe et dont une partie frotte contre une pièce fixe (stator). C'est le cas d'une turbomachine où les aubes mobiles frottent dans leur mouvement de rotation contre la face intérieure du carter qui est fixe.
Dans une turbomachine, il est important minimiser les fuites de gaz qui existent entre les parties fixes et les parties tournantes de la turbomachine, fuites qui diminuent le débit du flux d'air comprimé à travers la turbomachine et qui fait perdre une partie du travail mécanique utile. Par voie de conséquence, cela a un impact direct sur l'efficacité de la turbomachine, sa consommation de carburant et la poussée qu'elle produit. Ces fuites sont une conséquence de la nécessité de tenir compte des tolérances géométriques de ces parties fixes et tournantes ainsi que de la dilatation thermique et du fluage de ces parties en service.
Pour minimiser ces fuites, la solution actuellement utilisée consiste à rapprocher au maximum l'aube du carter en installant un matériau tendre dans un logement sur le carter, au droit des aubes. Ce matériau est abradable, ce qui signifie qu'il a pour propriété d'être facilement creusé par l'extrémité de l'aube en cas de contact. Dans certains cas, ce matériau présente des propriétés usantes, qui peuvent parfois permettre un polissage de l'extrémité de l'aube. Ainsi, l'aube n'est pratiquement pas endommagée lorsqu'elle frotte contre ce matériau abradable, et on maintient l'espace entre l'extrémité de l'aube et la surface interne du carter à un minimum.
Dans la description qui suit les termes "intérieur" et "extérieur" indiquent la région à l'intérieur et à l'extérieur du logement de la pièce, respectivement.
Actuellement, on fabrique des portions de matériau abradable par frittage, puis on assemble et on ajuste ces portions à l'intérieur du logement, et on colle ces portions dans le logement de façon à former une couche qui remplit ce logement.
Ce procédé de fabrication est long et coûteux. De plus, les contraintes engendrées pendant la fabrication des portions de matériau abradable et de leur collage contribuent au décollement de ces portions de la surface du logement de la pièce, et/ou à la fissuration et à la détérioration prématurées de ces portions en service.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention vise à proposer un procédé qui permette une bonne adhérence du matériau abradable sur la paroi du logement, et une bonne cohésion mécanique du matériau abradable de telle sorte qu'il ne se produise pas de décollement à l'interface entre le bloc en matériau abradable et la paroi du logement et qu'il ne se produise pas de fissuration ou d'endommagement prématuré au sein du bloc en matériau abradable.
Ce but est atteint grâce au fait que le procédé comprend les étapes suivantes : (a) On ferme l'ouverture avec une gaine, la gaine présentant un orifice de vide et un orifice de remplissage,
(b) On fait le vide dans le logement à l'aide de l'orifice de vide, et on remplit le logement avec un matériau abradable constitué de particules en utilisant l'orifice de remplissage,
(c) On ferme de façon étanche l'orifice de vide et l'orifice de remplissage,
(d) On déforme la gaine de façon à effectuer une compression du matériau abradable dans le logement et on chauffe le matériau abradable à une température supérieure à 150°C jusqu'à ce qu'il se produise un frittage entre les particules du matériau abradable,
(e) On abaisse ensuite la température et la pression jusqu'à la température ambiante et la pression ambiante respectivement, et on retire la gaine.
Grâce à ces dispositions, il se produit un meilleur compactage et une meilleure cohésion des particules constituant le matériau abradable.
Dans certains modes de mise en œuvre, à l'étape (d), on effectue les étapes suivantes :
(kl) On chauffe le matériau abradable jusqu'à ce que chacun de ses points soit à une température Tl supérieure à 150°C tout en exerçant une compression isostatique de la gaine de telle sorte qu'il s'exerce sur la gaine une pression P,
(k2) On maintient la pression P et la température Tl jusqu'à ce qu'il se produise un frittage de toutes les particules du matériau abradable.
Dans certains modes de mise en œuvre, à l'étape (d), on effectue les étapes suivantes :
(ml) On chauffe le matériau abradable jusqu'à ce que chacun de ses points soit à une température T2 comprise entre 150°C et 500°C,
(m2) On maintient le matériau abradable à ladite température T2 et on place autour de la gaine une enceinte rigide remplie d'un fluide incompressible, puis on comprime ce fluide de telle sorte que ce fluide exerce sur la gaine une pression P,
(m3) On maintient ladite pression P et on chauffe ledit matériau abradable à une température T3 supérieure à la température Tl jusqu'à ce qu'il se produise un frittage de toutes les particules du matériau abradable.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La description détaillée se réfère aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1A représente une pièce avant l'étape (a) du procédé selon l'invention,
- la figure 1B représente une pièce après l'étape (a) du procédé selon l'invention,
- la figure 1C représente une pièce après les étapes (b) et (c) et avant l'étape (d) du procédé selon l'invention,
- la figure 1D représente une pièce après l'étape (d) du procédé selon l'invention,
- la figure 1E représente une pièce après les étapes (e) et (f) du procédé selon l'invention,
- la figure 2 représente une pièce après les étapes (b) et (c) d'une variante du procédé selon l'invention
- la figure 3 représente une pièce avant l'étape (d) du procédé selon un second mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION
Des exemples de réalisation sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples. On fournit un matériau abradable 50 qui est constitué d'un ensemble de particules. Par particule on entend un élément qui peut avoir une forme de grain, sensiblement sphérique, ou une forme plus allongée en une dimension (fibres) ou deux dimensions (plaquettes). Ces particules sont en totalité ou en majorité en un matériau frittable, c'est-à-dire un matériau qui est apte à diffuser d'une particule à une particule adjacente lorsque les particules sont maintenues en contact les unes avec les autres à température élevée pendant un certain temps, de telle sorte que des liens se créent entre les particules. Le matériau est alors fritte.
Lors du frittage, il ne se produit pas de fusion du matériau constituant les particules.
Dans un matériau fritte, il peut donc subsister des porosités.
Si le matériau est compacté et est porté à des températures encore plus élevées, il se produit une disparition progressive des porosités. L'opération de compactage permet en outre de déformer les particules.
Le matériau abradable 50 peut en outre comporter des particules (organiques, minérales, métalliques, intermétalliques ...) qui se transformeront pour former des bulles de gaz ou qui présenteront une mauvaise adhérence par diffusion. Ainsi, ces particules facilitent le décrochage de morceaux d'abradable au passage des éléments mobiles afin de mieux diminuer le jeu entre ces éléments et la surface de l'abradable sur laquelle les éléments viennent frotter.
On fournit une pièce 10 qui présente un ou plusieurs logements 20. Ce ou ces logements 20 sont des cavités formées dans la pièce 10, et qui débouchent sur une surface libre 15 de la pièce 10. Ces logements 20 sont par exemple des rainures, ou des dépressions.
Un logement 20 présente ainsi au moins une ouverture 15 au niveau d'une surface externe de la pièce. Cette ouverture 15 est continue. Elle peut également être discontinue, c'est-à-dire constituée de plusieurs sous- ouvertures. Cette pièce 10 est sous sa forme finale ou quasi-finale.
Par forme finale, on entend une pièce déjà mise en forme et usinée au plus près des cotes finales.
Par forme quasi-finale, on entend une pièce déjà mise en forme, avant son usinage au plus près des cotes finales.
Dans le présent exemple, cette pièce 10 est un carter de turbomachine, et les éléments mobiles sont des aubes. Cependant l'invention s'applique à n'importe quelle pièce 10 présentant au moins un logement 20 tel que décrit ci-dessus.
Une telle pièce (carter) 10 est représentée en coupe sur la figure 1A.
La surface libre 15 sur laquelle débouche l'ouverture 25 du logement 20 est la face radialement interne du carter 10 qui est une virole centrée sur un axe.
Le logement 20 est une rainure en forme de queue d'aronde qui s'étend dans une direction perpendiculaire au plan de coupe.
Le logement 20 peut aussi avoir une forme quelconque.
La section maximale du logement 20 dans un plan parallèle à la surface libre 15 peut se situer à une distance non-nulle de la surface libre 15. Par exemple, le fond du logement 20 (sa partie la plus éloignée de la surface libre 15) présente une section maximale. Ainsi, le logement 20 présente au moins une portion convergente en se rapprochant de l'ouverture 25. De la sorte, le matériau abradable 25 qui remplit le logement 20 (voir ci-dessous), une fois formant un bloc d'un seul tenant, est maintenu mécaniquement dans le logement 20.
On ferme l'ouverture 25 avec une gaine 30 (étape (a) du procédé).
La figure 1B illustre cette étape.
Cette gaine 30 est en un matériau suffisamment souple ou ductile et avec une épaisseur suffisamment faible pour se déformer sous l'effet de la pression P qui sera appliquée à une étape ultérieure à une certaine température et pendant une certaine durée (voir ci-dessous). La gaine 30 ferme l'ouverture 25 de façon étanche à l'exception d'un orifice de vide 31 et d'un orifice de remplissage 32.
Par exemple, on fixe de façon étanche les bords de la gaine 30 sur la surface libre 15 sur toute la périphérie de l'ouverture 25.
Cette fixation est, par exemple, effectuée par soudage.
Ainsi, la gaine présente un orifice de vide 31 et un orifice de remplissage 32. L'un et/ou l'autre de ces orifices peut être continu, ou discontinu c'est-à-dire composé de plusieurs sous-orifices disjoints.
On remplit le logement 20 avec le matériau abradable 50 en utilisant l'orifice de remplissage 32, et on fait le vide dans le logement 20 à l'aide de l'orifice de vide 31 (étape (b) du procédé). Par exemple on remplit d'abord le logement 20, puis on y fait le vide. Alternativement, on remplit le logement 20 et on y fait le vide simultanément.
Le fait que le matériau abradable 50 soit sous forme d'un ensemble de particules disjointes permet ce remplissage.
Le remplissage peut être effectué simultanément à la création du vide le logement 20, ce qui réduit le temps total du procédé.
Une fois le logement 20 entièrement rempli de matériau abradable 50, on ferme de façon étanche l'orifice de vide 31 et l'orifice de remplissage 32, de telle sorte que le logement 20 est fermé de façon étanche (étape (c) du procédé). La figure 1C illustre cette étape.
Le volume défini par la paroi du logement 20 et la gaine 30, appelé volume initial, est strictement supérieur au volume du logement 20, le volume du logement 20 étant défini par la paroi du logement 20 et un plan qui se situe dans le prolongement de la surface libre 15 sur laquelle débouche l'ouverture 25.
On applique ensuite une pression P supérieure à la pression atmosphérique sur la face extérieure de la gaine 30. Ainsi la gaine 30 se déforme sous l'effet d'une contrainte unidirectionnelle et normale à sa surface, et la gaine 30 soumet le matériau abradable 50 à une déformation dans le logement 20 (le matériau abradable 50 étant contraint par la paroi du logement 20), tout en chauffant le matériau abradable 50 à une température supérieure à 150°C jusqu'à ce qu'il se produise un frittage entre les particules du matériau abradable 50 (étape (d) du procédé). La figure 1D illustre cette étape.
Après l'étape (d), le matériau abradable 50 est fritté et occupe un volume (appelé volume final) qui est inférieur au volume initial, du fait de la compaction et du frittage qui s'est opéré entre les particules du matériau abradable 50.
On abaisse ensuite la température et la pression jusqu'à la température ambiante et la pression ambiante respectivement, et on retire la gaine 30 (étape (e) du procédé).
Le volume final peut être supérieur au volume du logement 20. En conséquence, le matériau abradable 50 peut former un renflement au-delà de la surface libre 15. Ainsi, l'espace entre une aube dont l'extrémité est proche de la surface libre 15 et la surface 55 du matériau abradable 50 au niveau de l'ouverture 25 est minimisé. La surface 55 est la surface libre du matériau abradable qui donne sur l'extérieur de la pièce 10 (dans le cas où la pièce 10 est un carter, la surface 55 donne sur l'espace interne du carter).
Après l'étape (e), on peut usiner la surface 55 du matériau abradable 50 au niveau de l'ouverture 25 de telle sorte que la surface 55 après usinage se situe sensiblement dans le prolongement de la surface libre 15 de la pièce 10.
La figure 1E illustre cette étape (étape (f) du procédé).
Ainsi, une aube (représentée en pointillé sur la figure 1E) est positionnée de telle sorte que son extrémité vient frotter contre la surface 55, et la fuite de gaz au niveau de l'extrémité de l'aube est minimisée.
Par exemple, la surface 55 après usinage se situe dans le prolongement de la surface libre 15. En variante, on remplit le logement 20 avec une pluralité de couches de matériaux abradables 50, chaque couche étant de nature différente d'une couche adjacente.
Par deux couches de nature différente, on entend une couche constituée d'un matériau différent d'une autre couche, ou une couche constituée d'un mélange de plusieurs matériaux et une autre couche constituée du mélange des mêmes matériaux mais en proportions différentes. Les couches ne présentent donc pas les mêmes propriétés.
Cette situation est illustrée en figure 2 dans le cas de deux couches. On remplit tout d'abord une partie du logement 20 avec un premier matériau abradable 51 qui forme une première couche, puis on remplit le reste du logement 20 avec un second matériau abradable 52 qui forme une seconde couche.
Selon un premier mode de réalisation, à l'étape (d), on effectue les étapes suivantes :
(kl) On chauffe le matériau abradable 50 jusqu'à ce que chacun de ses points soit à une température Tl supérieure à 150°C tout en exerçant une compression isostatique de la gaine 30 de telle sorte qu'il s'exerce sur la gaine 30 une pression P,
(k2) On maintient la pression P et la température Tl jusqu'à ce qu'il se produise un frittage et une compaction de toutes les particules du matériau abradable 50.
Ces étapes (kl) et (k2) constituent une compression isostatique à chaud.
La durée de l'étape (k2) peut être faible, inférieure à 5 minutes, voire nulle car le frittage de toutes les particules du matériau abradable 50 peut s'être produit durant la montée en température pendant l'étape (kl).
Par exemple, pour exercer une compression isostatique sur le matériau abradable 50, on place l'ensemble constitué de la pièce 10, de la gaine 30 et du matériau abradable 50 dans une enceinte remplie de gaz. Ce procédé présente l'avantage que la pièce 10 ne se déforme pratiquement pas pendant le procédé selon l'invention.
La température Tl peut être supérieure à la température à laquelle un maximum des porosités du matériau abradable 50 est résorbé.
II subsiste donc moins de porosités au sein du matériau abradable
50. En conséquence la résilience du matériau abradable 50 est améliorée.
De plus, les contraintes résiduelles au sein du matériau abradable 50 sont moindres et la solidité du matériau abradable 50 est améliorée.
En outre, dans le logement 20, l'adhérence des particules de matériau abradable 50 avec la surface de la paroi du logement 20 est améliorée. On observe donc moins de décollement ultérieur du matériau abradable 50.
Le remplissage du logement 20 par les particules de matériau abradable 50 est également plus efficace, ce qui autorise un logement 20 de forme complexe avec des renfoncements et des protubérances. L'adhérence en utilisation entre la paroi du logement 20 et le matériau abradable est en outre améliorée.
Par exemple la température Tl est supérieure à 500°C.
Dans le cas d'une pièce 10 comprenant une première partie continue solide en un premier matériau, et une seconde partie en un second matériau distinct, cette seconde partie étant initialement sous forme de poudre et étant destiné à être solidarisée avec cette première partie par compression isostatique à chaud, on peut réaliser simultanément la compression isostatique à chaud de cette seconde partie et la compression isostatique à chaud du matériau abradable 50.
Le logement 20 est alors situé dans la première partie de la pièce 10. En réalisant ces deux compressions isostatiques simultanément, on réduit le temps de fabrication.
Par exemple, la pièce 10 est un carter, la première partie est en acier, la seconde partie est initialement une poudre d'alliage de titane, qui forme à l'issu de la compression isostatique une partie solide continue en alliage de titane.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, à l'étape (d), on effectue les étapes suivantes :
(ml) On chauffe le matériau abradable 50 jusqu'à ce que chacun de ses points soit à une température T2 comprise entre 150°C et 500°C,
(m2) On maintient ledit matériau abradable 50 à ladite température T2 et on place autour de ladite gaine 30 une enceinte rigide 60 remplie d'un fluide incompressible 65, puis on comprime ce fluide 65 de telle sorte que ce fluide 65 exerce sur la gaine 30 une pression P,
(m3) On maintient ladite pression P et on chauffe ledit matériau abradable (50) à une température T3 supérieure à la température T2 jusqu'à ce qu'il se produise un frittage et une compaction de toutes les particules dudit matériau abradable (50).
Les étapes (ml) et (m2) constituent un hydroformage à tiède.
La durée de l'étape (m3) peut être faible, inférieure à 5 minutes, voire nulle car le frittage de toutes les particules du matériau abradable 50 peut s'être produit durant la montée en température pendant l'étape (ml) ou pendant les étapes (ml) et (m2).
L'enceinte rigide est plus rigide que la gaine 30 afin que la gaine 30 se déforme pendant le procédé.
La pièce 10 peut être placée dans un moule 70 rigide qui ne recouvre pas l'enceinte 60, de telle sorte que la déformation de la pièce 10 pendant les étapes (m2) et (m3) est minimisée.
Le moule 70 est plus rigide que la pièce 10.
Ce procédé est illustré sur la figure 3.
Dans ce second mode de réalisation, le frittage du matériau abradable 50 (étape (m3)) est plus efficace (meilleure compaction des particules et moins de porosités résiduelles, et meilleure cohésion des particules) et plus rapide par rapport aux procédés de l'art antérieur grâce au chauffage préalable et à la compression du matériau abradable 50 (étapes (ml) et (m2)).
En outre, dans le logement 20, l'adhérence des particules de matériau abradable 50 avec la surface de la paroi du logement 20 est améliorée. On observe donc moins de décollement ultérieur du matériau abradable 50.
La température T3 peut être supérieure à la température à laquelle un maximum des porosités du matériau abradable 50 est résorbé.
Il subsiste donc moins de porosités au sein du matériau abradable 50. En conséquence la résilience du matériau abradable 50 est améliorée.
De plus, les contraintes résiduelles au sein du matériau abradable 50 sont moindres et la solidité du matériau abradable 50 est améliorée.
Le remplissage du logement 20 par les particules de matériau abradable 50 est également plus efficace, ce qui autorise un logement 20 de forme complexe avec des renfoncements et des protubérances.
Par exemple la température T3 est supérieure à 500°C.
Dans le cas d'une pièce 10 comprenant une première partie continue solide en un premier matériau, et une seconde partie en un second matériau distinct, cette seconde partie étant initialement au moins partiellement sous forme de poudre et étant destiné à être solidarisée avec cette première partie par hydroformage à tiède suivi de frittage, on peut réaliser simultanément l'hydroformage à tiède suivi de frittage de cette seconde partie et l'hydroformage à tiède suivi de frittage du matériau abradable 50.
En réalisant ces deux hydroformages à tiède simultanément, on réduit le temps de fabrication.
Par exemple, la pièce 10 est un carter, la première partie est en acier, la seconde partie est initialement une poudre d'alliage de titane, qui forme à l'issu de l'hydroformage à tiède suivi de frittage une partie solide continue en alliage de titane. Par exemple, la pièce 10 est un carter, la première partie est constituée d'un ou de plusieurs matériaux, et la seconde partie est une couche composite constituée de fibres de titane dans une matrice sous forme de poudre.
A l'issu de l'hydroformage à tiède suivi de frittage la seconde partie formera une partie solide continue renforcée par des fibres de titane.
Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention.
De plus, les différentes caractéristiques de ces modes ou exemples de réalisation peuvent être utilisées seules ou être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques décrites dans le présent exposé. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une pièce (10) présentant un logement (20) qui comprend une ouverture (25) débouchant sur une surface libre (15) de ladite pièce (10), ledit logement (20) étant destiné à recevoir un matériau abradable (50), le procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) On ferme ladite ouverture (25) avec une gaine (30), ladite gaine présentant un orifice de vide (31) et un orifice de remplissage (32),
(b) On remplit ledit logement (20) avec un matériau abradable (50) constitué de particules en utilisant ledit orifice de remplissage (32), et on fait le vide dans ledit logement (20) à l'aide dudit orifice de vide (31),
(c) On ferme de façon étanche ledit orifice de vide (31) et ledit orifice de remplissage (32),
(d) On déforme ladite gaine (30) de façon à effectuer une compression dudit matériau abradable (50) dans ledit logement (20) et on chauffe ledit matériau abradable (50) à une température supérieure à 150°C jusqu'à ce qu'il se produise un frittage entre les particules dudit matériau abradable (50),
(e) On abaisse ensuite la température et la pression jusqu'à la température ambiante et la pression ambiante respectivement, et on retire ladite gaine (30).
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel, après l'étape (e), on effectue l'étape (f) :
(f) On usine la surface (55) dudit matériau abradable (50) au niveau de ladite ouverture (25) de telle sorte que ladite surface (55) après usinage se situe sensiblement dans le prolongement de ladite surface libre (15) de la pièce (10).
3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, à l'étape (b), on remplit ledit logement 20 avec une pluralité de couches de matériaux abradables (50), chaque couche étant de nature différente d'une couche adjacente.
4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, à l'étape (d), on effectue les étapes suivantes :
(kl) On chauffe le matériau abradable (50) jusqu'à ce que chacun de ses points soit à une température Tl supérieure à 150°C tout en exerçant une compression isostatique de ladite gaine (30) de telle sorte qu'il s'exerce sur ladite gaine (30) une pression P,
(k2) On maintient ladite pression P et ladite température Tl jusqu'à ce qu'il se produise un frittage de toutes les particules dudit matériau abradable (50).
5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, dans lequel ladite température Tl est supérieure à la température à laquelle un maximum des porosités dudit matériau abradable (50) est résorbé.
6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, à l'étape (d), on effectue les étapes suivantes :
(ml) On chauffe le matériau abradable (50) jusqu'à ce que chacun de ses points soit à une température T2 comprise entre 150°C et 500°C,
(m2) On maintient ladite pièce (10) à ladite température T2 et on place autour de ladite gaine (30) une enceinte rigide (60) remplie d'un fluide incompressible (65), puis on comprime ce fluide (65) de telle sorte que ce fluide (65) exerce sur ladite gaine (30) une pression P, (m3) On maintient ladite pression P et on chauffe ledit matériau abradable (50) à une température T3 supérieure à la température T2 jusqu'à ce qu'il se produise un frittage de toutes les particules dudit matériau abradable (50).
7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, dans lequel ladite température T3 est supérieure à la température à laquelle un maximum des porosités dudit matériau abradable (50) est résorbé.
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