Brevet FR2086405A1 — publié le 19711231

- 1 - La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de pièces moulées solidifiées directionnellement, ainsi que l'appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé. Des articles solidifiés directionnellement du type à graire de forme en colonne, tel que décrit dans le brevet US No.3.260.505 ou du type monocrystallin, tel que décrit dans le brevet US No. 3.484.709, sont moulés dans des moules dans lesquels, lors de solidification, un gradient de température est établi par commande sélective de la puissance d'entrée d'une pluralité de bobines de chauffage reparties lelong de l'axe vertical du moule. Le moule est chauffé à une température au-dessus de la température de coulée de l'alliage, de sorte qu'il n'y aura pas de nucléation dans le moule à un endroit autre que le fond du moule. Le chauffage du moule à cette température demande une longue période de chauffage une commande inverse de l'énergie thermique est nécessaire durait le refroidissement afin de maintenir le gradient de température désiré. L'objet de la présente invention est de fournir un procédé pour fabriquer des pièces moulées solidifiées directionnellement, ainsi que l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé. Une caractéristique de l'invention est une enveloppe entourant le moule, les dimensions transversales de l'enveloppe variant entre les extrémités de celle-ci pour commander la quantité d'énergie transmise au moule durant l'échauffement et la vitesse de refroidissement pour maintenir le gradient désiré de température après que l'alliage a été coulé. Une autre caractéristique est que l'enveloppe est arrangée de façon à ce que le moule et l'enveloppe peuvent être inversés comme une unité, qui sera placée sur une plaque de refroidissement pour la solidification de l'alliage. Une autre caractéristique est l'incorporation d'un creuset dans le moule de sorte que l'alliage peut être fondu durant l'échauffement du moule et que l'appareil peut être inversé après la fusion de l'alliage pour remplir l'espace de moulage du moule avec l'alliage fondu. Conformément à l'invention le procédé est caractérisé par la formation d'un moule comprenant une zone creuset, une zone de formation de l'objet, un passage reliant les deux zones, et une zone de croissance à l'extrémité opposée de la zone de formation de l'objet, placer ledit moule dans un espace creux à l'in- 7i 13106 2086405 - 2 - térieur d'une enveloppe dont l'épaisseur de paroi varie de façon conique, au moins dans la zone de formation de l'objet de moule, placer une charge dans la zone creuset se trouvant au fond du moule, chauffer l'enveloppe et ainsi chauffer et fondre la charge 5 dans la portion creuset du moule, inverser le moule avec son enveloppe pour faire couler la charge dans la zone de formation et la zone de croissance du moule, et refroidir le moule et la charge pour solidifier directionnellement la charge par le gradient de température résultant de la paroi conique. lO Selon l'invention l'appareil comprend un moule comprenant une zone creuset, une zone de formation de l'objet communiquant à l'une de ces extrémités avec la zone creuset et avec une zone de croissance à son autre extrémité, une enveloppe a cavité centrale recevant le moule,cette enveloppe ayant une épaisseur de paroi va-15 riant de manière conique au moins autour de la section de croissance du moule afin d'établir un gradient de température dans le moule, une bobine d'induction entourant l'enveloppe pour chauffer celle-ci et le moule afin de fondre une charge dans la zone creuset du moule et une plaque de refroidissement sur laquelle le moule 20 et l'enveloppe sont placés, le creuset en haut, de sorte que la charge fondue coule dans la zone de formation de l'objet et la zone de croissance et sera solidifiée par l'effet de refroidissement de la plaque de refroidissement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 25 seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation préféré et en se référant au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une coupe verticale à travers l'appareil dans la position de chauffage du moule? 30 la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, l'appa reil étant inversé et placé sur une plaque de refroidissement. Dans l'arrangement montré dans les figures 1 et 2, une bobine d'induction 2 est maintenue par un support 4 approprié autour d'une enveloppe 6 de forme conique, l'extrémité la plus pe-35 tite de l'enveloppe se trouvant en haut dans la figure 1. Tel que montré l'enveloppe comprend un espace creux cylindrique axial 8 pour recevoir un moule 10, et la forme conique de la paroi de l'enveloppe résulte du fait que la paroi extérieure 12 de l'enveloppe 0iint 2086405 13406 - 3 - est formée par la surface d'un cône. La bobine d'induction est adaptée è la forme conique de l'enveloppe. Le moule 10, a paroi mince, qui est positioné dans l'espace creux 8 et qui a la forme de l'article à mouler, comprend une ouverture 12 formant la cavité du moule recevant l'alliage durant la fabrication de la pièce moulée. Au fond di moule, dans la figure 1, se trouve le creuset 14 du. moule et ce creuset reçoit une masse 16 de l'alliage à fondre lors de la fabrication de l'objet moulé. Ce creuset comprend une coupelle 17, qui peut être détachée et qui est cimentée d'une manière appropriée au reste du moule, après que le modèle en cire, autour duquel le moule a été formé, a été enlevé et que la masse 16 est en position. Au-dessus du creuset se trouve un passage 18, qui communique avec la cavité 20 destinée à former la pièce moulée, qui, dans l'arrangement montré est une aube de turbine comprenant une plate-forme 22 à une extrémité et une racine 24 à l'autre extrémité. Au-dessus (Figure 1) de la racine de la cavité formant l'article moulé se trouve une cavité hélicoïdale qui constitue la zone de croissance 26 ou la zone de sélection du crystal du moule. L'emploi d'une ouverture hélicoïdale telle que montrée pour la sélection d'un mono-crystal, est décrit dans la demande de brevet No. 70.07994, déposée le 2 6 janvier 1970 au nom du même demandeur. Le moule est retenu à l'intérieur de l'enveloppe par une capsule è vis 28, qui peut être enlevée pour avoir accès au moule après que le coulage a été terminé. L'appareil se trouvant dans la position de la figure l,de l'énergie électrique est fourni à la bobine d'induction chauffant ainsi l'enveloppe 6 et élevant la température du moule a l'intérieur de l'enveloppe. Au fur et à mesure que le moule est chauffé au-dessus de la température de fusion de l'alliage, la masse de l'alliage dans la cavité 14 est fondue, La paroi plus épaisse de l'enveloppé à cet endroit fournit une plus grande quantité d'énergie transmise et moins de pertes d'énergie dans cette portion du moule, afin de fournir l'énergie thermique additionnelle nécessaire à la fusion de l'alliage et au développement du gradient de température dans la moule. Quand l'alliage est complètement fondu et le moule est chauffé à la température désirée, l'appareil est inversé dans la -7, 20864G5 71 13406 - 4 - position de la figure 2, de sorte que l'extrémité supérieure de la figure 1 se trouve maintenant au fond et est placée sur la plaque de refroidissement 30. En ce moment, la fourniture d'énergie électrique à la bobine d'induction est interrompue ou réduite, dépen-5 dant de la vitesse de croissance nécessaire, pour solidifier l'alliage. L'appareil se trouvant dans la position de la figure 2,i'ai-liage fondu coule dans la zone de formation de l'objet moulé et la zone de croissance du moule pour remplir le moule jusqu'en un point au-dessus de la plate-forme 22. Avec la dissipation de cha-10 leur au fond du moule, la crystallisation de l'alliage commence dans la spirale 2 6 et cette spirale sert à sélectionner un mono-crystal; quand la solidification atteint la racine 24 avec la croissance dendritique la plus rapide è l'intérieur du crystal dans une direction à angle droit par rapport à la plaque de re-15 froidissement, la croissance continue en forme d'un mono-crystal à travers toute la portion de formation du moule de la pièce moulée. Le gradient de température désiré, qui assure la croissance ou la solidification en forme d'un crystal, est contrôlée par l'épaisseur plus grande de l'enveloppe à l'extrémité, qui se trou-20 ve maintenant en haut. De cette manière, l'objet moulé fini est un mono-crystal, au moins dans toute la section aérodynamique de l'aube décrite. Après solidification complète, la capsule 28 est enlevée et le moule peut être retiré de l'enveloppe et remplacé par un 25 moule similaire pour la coulée suivante. L'arrangement décrit permet l'utilisation d'une seule source d'énergie thermique pour obtenir la température désirée du moule pour la coulée et aussi pour la fusion de l'alliage à la température désirée pour la coulée. Il est bien entendu que le même appareil peut être utilisé pour 30 fabriquer des objets à structure granulaire en forme de colonnes, tel que décrit dans le brevet US No. 3.260.505, en remplaçant la spirale du moule montré par une zone de croissance, telle que dans le brevet US 3.417.809. Cette zone de croissance peut aussi être utilisée pour fabriquer des objets coulés mono-crystallins pour 35 promouvoir l'orientation granulaire[loo]de l'article plutôt que toute autre orientation granulaire. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquefflent à. titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de 1 * invention. • 71 13406 2086405 - 5 -REVENDICATIONS 1. Un procédé pour fabriquer des objets solidifiés direc- tionnellement, caractérisé par la formation d'un moule comprenant une zone creuset, une zone de formation de l'objet, un passage re-5 liant les deux zones, et une zone de croissance à l'extrémité opposée de la zone de formation de l'objet, placer ledit moule dans un espace creux à l'intérieur d'une enveloppe dont l'épaisseur de paroi varie de façon conique, au moins dans la zone de formation de l'objet du moule, placer une charge dans la zone creuset, 10 se trouvant au fond du moule, chauffer l'enveloppe et ainsi chauffer et fondre la charge dans la portion creuset du moule inverser le moule avec son enveloppe pour faire couler la charge dans la zone de formation et la zone de croissance du moule, et refroidir le moule et la charge pour solidifier directionnellement 15 la charge par le gradient de température résultant de la paroi conique. 2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule et l'enveloppe sont placés sur une plaque de refroidissement après l'inversion. 20 3. Le procédé selon 'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe est entourée par une bobine d'induction pour le chauffage du moule et la fusion de la charge. 4. Un appareil pour la fabrication d'articles moulés solidifiés directionnellement, caractérisé par un moule comprenant une 25 zone creuset, une zone de formation de l'objet communiquant è l'une de ces extrémités avec la zone creuset et avec une zone de croissance à son autre extrémité, une enveloppe à cavité centrale recevant le moule, cette enveloppe ayant une épaisseur de paroi variant de manière conique au moins autour de la section de crois-30 sance du moule afin d'établir un gradient de température dans le moule, une bobine d'induction entourant l'enveloppe pour chauffer celle-ci et le moule afin de fondre une charge dans la zone creuset du moule et une plaque de refroidissement sur laquelle le moule et l'enveloppé sont placés, le creuset en haut, de sorte 3 5 que la charge fondue coule dans la zone de formation de l'objet et la zone de croissance et sera solidifiée par l'effet de refroidissement de la plaque de refroidissement. 5. L'appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce 13406 2086405 - 6 _ que le moule comprend un dispositif de fermeture mobile à l'extrémité creuset du moule pour introduire la charge. 6. L'appareil selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la cavité centrale de l'enveloppe est substantiellement cylindrique. 7. L'appareil selon l'une quelconque des revendications 4 6, caractérisé en ce que l'enveloppe a les dimensions les plus grandes autour du creuset du moule.