Brevet FR2086418A1 — publié le 19711231

Les pièces coulées, directionnellement solidifiées, dont les aubes et palettes de turbine représentent un exemple, ont été coulées dans un moule en forme de coquille situé dans un réchauffeur à résistance, comme dans le Lyons 3.346.039 ou ajusté dans 5 un manchon de dispositif de susceptibilité entouré d'une bobine d'induction, comme dans le Sink 3.417.809. Dans certaines opérations de coulée, ces types de réchauffeurs ne permettent pas un contrôle suffisamment précis du degré thermique à l'intérieur du moule, pour assurer la structure de grains en colonne ou de mono-10 cristal désirée dans la pièce coulée. Une caractéristique de cette invention consiste en un dispositif de susceptibilité comportant intérieurement une cavité, dont la forme s'adapte convenablement et étroitement autour du moule en coquille et est fendu pour permettre son montage autour 15 de celui-ci. Une autre caractéristique réside en la formation de la surface externe, représentant essentiellement un cylindre ajusté et maintenu autour du moule par un manchon périphérique. Une autre caractéristique consiste en le support par le manchon, des bobines d'induction par lesquelles est chauffé le membre de sus-20 ceptibilité puis encore en cette courbure du dispositif en bout à bout, pour contrôle du taux de perte de chaleur durant la solidification et contrôler ainsi plus efficacement le gradient thermique à l'intérieur de l'article coulé. Selon la présente invention l'élément de susceptibilité 25 est fait de graphite ou de tout autre matériau conducteur approprié et comporte une cavité centrale étroitement ajustable autour du moule, et est fendu pour permettre son assemblage autour de ce moule. A l'emploi, ce dispositif a de préférence, une surface externe, généralement cylindrique, s'emboitant dans un manchon qui 30 l'entoure sert à maintenir les parties de l'élément de susceptibilité ensemble et porte encore la bobine d'induction à l'aide de laquelle est chauffé ce dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre 35 de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : La Figure 1 est une coupe transversale verticale du dispositif. La Figure 2 est une coupe transversale du moule et du dis-40 positif de susceptibilité, le long de la ligne 2-2 de la Figure 1. / 1 15055 2 2086418 La Figure 3 est une coupe verticale d'une modification. Se référant à la Figure 1, l'invention nous est illustrée dans un système de coulée de mono-cristal, par exemple une palette ou aube de turbine. 5 Une aube de turbine nous est ici particulièrement illus trée. Le moule lui-même est de préférence un moule en forme de coquille 2, comportant au-dessus une partie de remplissage, dessous une partie de formation de la pièce 6, puis au fond une hélice 8 de sélection de cristal. La portion de formation de l'article 10 comporte intérieurement une cavité d'ëpaulement 10, proche du dessus, une cavité centrale 12 en forme de feuille, puis une cavité à lame 14 au fond. L'hélice de sélection de cristal 8 ou zone de gonflement du moule qui est creuse, est utilisée pour faire démarrer le gonflement d'un monocristal, là où l'hélice est reliée 15 au fond de la portion de formation de l'article. Une hélice de ce type ne fait pas partie de la présente invention, mais se trouve révélée et décrite dans le brevet de Copley No 806.978 du 13 Mars 1969. Le moule en forme de coquille est entouré d'un dispositif 20 de susceptibilité fendu 16, fait de graphite ou d'autre matériau conducteur, de façon à être chauffé par induction par élévation de la température du moule, antérieurement à la coulée puis pour contrôler le degré de refroidissement du moule, après l'opération de coulée. Ce dispositif de susceptibilité comporte une cavité 25 centrale 18 constituée de moitiés de cavités opposées et l'entière cavité épouse étroitement la configuration externe du moule en forme de coquille sur la plus grande partie de sa longueur. Tel qu'illustré en Fig.2, la cavité 18 entourant la portion en forme de feuille du moule en coquille présente aussi cette même forme. 30 il est évident qu'en ce qui concerne la longueur restante de la cavité, la configuration varie pour se conformer à la variation dans la coupe transversale du moule. La portion du dispositif de susceptibilité entourant l'hélice 8 peut être cylindrique et ne se conforme pas nécessairement étroitement à l'hélice elle-même, 35 car le contrôle du gradient thermique est ici simplifié en raison du rapprochement de cette partie du moule et de la plaque de refroidissement. Le dispositif de susceptibilité est maintenu autour du moule en forme de coquille à l'aide d'un manchon 22, dont la paroi 40 interne est cylindrique et le diamètre légèrement plus grand que 71 15055 2086418 la paroi externe cylindrique du dispositif, pour y permettre la mise en place ou l'encastrement de ce dernier. Le manchon se trouve entouré d'une bobine d'induction 24, par laquelle le dispositif s'échauffe. La bobine d'induction est illustrée comme une seule 5 bobine, bien qu'en certains cas, il soit avantageux d'avoir une bobine fendue ou à prises, pour permettre le contrôle indépendant des sections séparées de celle-ci, entre le fond et le dessus de l'appareil. Tel qu'illustré, l'ensemble entier repose sur une plaque 10 de refroidissement 26, le manchon 22 et le dispositif de susceptibilité reposant solidement dessus. L'hélice 8 peut embrayer la plaque de refroidissement ou peut en être légèrement espacée. Lorsqu'il est légèrement espacé, le moule en forme de coquille peut être supporté par le dispositif de susceptibilité, comme par 15 un épaulement 26. L'embrayage direct avec la plaque de refroidissement peut servir à faciliter l'orientation cristallographique préférée dans la pièce coulée. A l'emploi, le dispositif de susceptibilité est chauffé par la bobine d'induction, pour élever la température du moule 20 au-dessus du point de fusion de l'alliage, et l'alliage choisi, en fusion, est alors coulé dans le moule, le bouchon 28 ayant été enlevé de ce dernier pour permettre de verser l'alliage dans la descente de coulée. Après remplissage du moule, l'alliage au fond de l'hélice, commence à se solidifier en raison de l'effet 25 de refroidissement de la plaque de refroidissement et l'hélice sélectionne un microcristal, qui s'achemine et croît dans la portion de formation d'article du moule. Il est certain que l'alimentation de chaleur à la bobine d'induction se trouve réduite ou interrompue après avoir coulé l'alliage dans le moule, et la cha-30 leur demeurant dans le dispositif de susceptibilité, contrôle le degré de refroidissement du moule. C'est-à-dire que le gradient thermique, de la plaque de refroidissement au-dessus du moule, est efficacement contrôlé, pour que la vitesse de montée de.l'interface liquide solide de l'alliage produise le monocristal à l'inté-35 rieur du moule. La vitesse de refroidissement peut être contrôlée par la dimension radiale du dispositif de susceptibilité et il est en général possible que la paroi externe de ce dispositif soit cylindrique, tel qu'illustré pour la paroi interne ou la surface de la cavité épousant étroitement la surface externe du moule. 40 Néanmoins, tel qu'illustré en Fig.3, il peut être souhaitable de 71 15055 4 2086418 régler l'épaisseur du dispositif particulièrement de ces parties entourant la portion de formation d'article du moule.. A cet effet, la paroi externe du dispositif de susceptibilité 16a peut être retranchée, tel qu'illustré par la cavité 30, Figure 3, de sorte 5 que cette paroi qui entoure la cavité de formation d'article soit conique d'une extrémité à l'autre, normalement plus étroite à proximité de la base et plus large près de 1'épaulement, pour que la quantité de chaleur à éliminer du dispositif, autour de cette portion du moule, varie matériellement entre les extrémités op-10 posées de la portion de formation de l'article. Ce type de dispositif de susceptibilité est également applicable dans la formation de palettes et aubes de turbine à grains en colonne, dans quel cas, la portion hélicoïdale de sélection de cristal du moule est remplacée par une portion de gon-15 flement 32 de plus grande dimension du moule 2a. Dans ce cas, le fond du moule est ouvert et repose directement sur la plaque de refroidissement 26a tel qu'illustré, et la croissance du grain en colonne, à l'intérieur du moule, est obtenue par la sélection du grain dans cette portion de gonflement décrite à titre d'exemple, 20 dans le brevet de Ver Snyder No 3.260.505. En d'autres cas, le dispositif de susceptibilité se conforme à la surface externe du moule selon la description précédente des Figures 1 et 2. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent 25 d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de 1'invention. 30 71 15055 5 2086418 REVENDICATIONS 1. Assemblage de moule à utiliser dans la coulée d'articles ou pièces directionnellement solidifiées, constitué d'un moule en forme de coquille ayant une portion pour article, une zône de gon- 5 flement et un jet de remplissage au-dessus, puis un manchon à l'intérieur duquel peut être placé un dispositif de susceptibilité, ledit manchon comprenant des éléments de chauffage par induction pour chauffer le dispositif, ledit moule étant placé sur une plaque de refroidissement, le tout étant caractérisé par le fait 10 que le dispositif de susceptibilité présente une cavité centrale épousant substantiellement la forme de la surface externe du moule et étroitement ajustée à la périphérie de celui-ci, ledit dispositif étant longitudinalement fendu pour sa mise en place autour du moule. 15 2. Assemblage de moule selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de susceptibilité présente à son extrémité inférieure une cavité ouverte. 3. Assemblage de moule selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la cavité du dispositif de susceptibilité 20 est latéralement espacée de la zône de gonflement ou de croissance 4. Assemblage de moule selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur de cloison du dispositif de susceptibilité varie entre ses extrémités pour contrôle du gradient thermique à l'intérieur du moule. 25 5. Assemblage de moule selon les revendications 1 à 4, carac térisé par le fait que la périphérie externe du dispositif de susceptibilité est principalement cylindrique et s'ajuste étroitement dans le manchon qui 1'entoure et le maintient en relation avec la périphérie du moale. 30