Brevet FR2113833A1 — publié le 19720630

la présente invention concerne le moulage de précision à la cire perdue, destiné à la réalisation de structures prismatique», et plus précisément des éléments réflecteurs destinés à des groupes de moules et qui rendent possible d'utiliser un plus grand nombre 5 de moules pour un groupe donné qu'on le faisait jusqu'à présent» Bécemment, on a beaucoup travaillé pour assurer une solidification directionnelle des moulages de manière à obtenir des structures à grain^&rismatiques. On a constaté que de tels moulages ont des propriétés^aux températures élevées, supérieures à celles des 10 moulages ayant une structure à grains équiaxes,dans le cas des moteurs à turbine à gaz. On obtient en général les structures prismatiques en plaçant un moule en céramique à deux extrémités ouvertes sur un bloc de refroidissement en cuivre ou en autre matière conduisant bien la 15 chaleur. On place l'ensemble du moule dans un four, habituellement chauffé par des bobines à induction qu'on peut faire fonctionner un sélectivement, et comportant/diffuseur qui irradie la chaleur sur un groupe de moules placés dans le .four. Oh préchauffe les moules à une température au moins égale à la température de la courbe de 20 solidus du métal à couler, et on coule alors le métal fondu dans les moules. la solidification se poursuit vers le haut depuis le bloc de cuivre et on la commande par divers dispositifs, notamment en coupant la mise sous tension des diverses bobines d'induction, de manière à créer un gradient unidirectionnel de température dans le moule au 25 cours de la solidification. Jusqu'à présent, le nombre de moules utilisables dans un groupe donné était limité. Ceci est cependant indésirable car plus le nombre de pièces qu'on peut obtenir par coulée est important et plus le procédé est économique. Le nombre de pièces qu'on peut réa-30 liser en un groupe est limité par la géométrie de la pièce et la dimension de la bobine d'induction, pour l'essentiel. Cependant, en pratique, on constate que la géométrie globale du moule et la proximité des divers moules ont un effet sur la possibilité d'obtenir des structures à grain^acceptables. On constate qu'il est nécessaire pour 35 certaines configurations par exemple, d'épaissir le moule dans sa partie supérieure d'une valeur pouvant atteindre 2,5 cm, de manière à assurer des caractéristiques convenables de solidification. Ces 71 29006 2113833 inconvénients limitent le nombre de cavités de moulage qu'on petit alimenter à partir d'une réserve commune et dans lesquelles on peut réaliser une^olidification par refroidissaient unidirectionnel de manière à obtenir des structures prismatiques. ■ „ à la cire perdue 5 l'invention concerne le moulage de précision/et plus précisé ment la réalisation de moulages à structures à grain^prisnatiques. Plus précisément, on constate selon l'invention que, en disposant un élément réflecteur en céramique dans l'ensemble du four, on réduit notablement l'interaction entre les moules séparés d'un groupe, et 10 on peut utiliser dans un groupe un plus grand nombre de moules, ce qjii augmente le rendement. Oh obtient de plus un pourcentage aocrtt de moulages ayant la structure à grain^ferismatique^voulus. Le réflecteur se trouve entre la partie centrale du moule et la cavité de moulage, si bien que les cavités de moulage se trou?- 15 vent entre le réflecteur et la paroi interne qui irradie du four, un qui est habituellement /diffuseur en graphite.On peut introduire séparément le réflecteur céramique dans l'ensemble de moulage et de préférence, il peut s'agir d'une partie solidaire du moule, formée simultanément au reste du groupe par moulage habituel de précision 20 à la cire perdue» D'autres caractéristiques et avantages de l'invention rassortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé. Sur ce dessin : 25 la figure 1 est une vue en plan d'un groupe qu'on peut uti liser pour former les moules de l'invention ; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 ; et la figure 3 est une coupe d'un ensemble de moules et d'un 30 four du type qu'on met en oeuvre selon l'invention. La référence 10 de la figure 1 désigne un ensemble destiné à la réalisation de moules en cire perdue selon l'invention. Bien que le dispositif particulier représenté sur le dessin soit destiné & la réalisation de quatre moules, il faut noter qu'on peut utiliser 35 un nombre quelconque d'ensembles de moulage et l'un des avantages de l'invention est qu'on peut placer de tels ensembles plus près les uns des autres qu'il n'était courant de le faire jusqu'à présent. Des 71 29006 3 2113833 modèles 11 à 14 en cire ou en autre matière se trouvent à une certaine distance d'une partie centrale 15 formant orifice de coulée et une partie 16 formant descente de coulée. La partie 15 est reliée aux extrémités supérieures des modèles 11 b 14 par des jets 5 de coulée 17 à 20. De façon analogue, les parties inférieures des modèles 11 à 14 sont reliées à la base de la partie 16 par des jets de coulée dont deux portent les références 21 et 22, et sont visibles sur la figure 2. Il faut noter que, en accord avec les techniques habituelles de moulage à la cire perdue, les modèles 11 à 14 10 peuvent être réalisés séparément puis associés aux jets et aux pai*-ties 15 et 16 par mise en oeuvre de chaleur ou d'un solvant. L'ensemble de modèles des figures. 1 et 2 comprend aussi une partie 23 formant réflecteur qui peut comprendre une fine feuille de cire fixée aux jets 21 et 22 et aux jets inférieurs alimentant les 15 moules 12 et 14« Par exemple, la feuille 23 peut avoir environ 2,5 mm d'épaisseur. Le groupe de modèles des figures 1 et 2 est utilisé comme groupe pour la mise en oeuvre d'une technique classique de moulage de précision à la cire perdue. Un tel procédé consiste à revêtir l'en-20 semble de cire en le plongeant dans une barbotine aqueuse dont la température est à peu près la même que celle de la cire, de manière à former une couche réfractaire de quelques dizaines de microns d'épaisseur. Une barbotine peut contenir par exemple une matière céramique, telle que de la zircone, un liant, tel que de la silice 25 colloïdale et un épaississant et un liant à basse température, par exemple de la méthyl-cellulose, La couche initiale encore humide est revêtue de fines particules (0,075 à 0,35 mm) d'un verre réfractaire, par exemple/^fycor" qui est un verre à teneur élevée en silice, contenant environ 98 % de silice et une petite quantité d'acide borique, 30 avec des traces d'aluminium, de sodium, de fer et d'arsenic, sous forme finement divisée . On suspend alors le moule portant la couche réfractaire humide revêtue à un transporteur et on le fait passer dans une étuve de séchage ayant une température et une humidité ré-glée^fet assurant le séchage du moule revêtu de manière adiabatique. 35 On recommence à mettre en oeuvre les phases de trempage, de pulvérisation et de séchage adiabatique à des teneursjeii humidité de plus en plus faibles pour les couches successives. Par exemple, on 71 29C06 4 2113833 peut sécher les deux premières couches avec de l'air dont l'humidité ' relative est de 45 à 55 On peut sécher la troisième et la quatriè— ' me couche?;4vec de l'air dont l'humidité relative est comprise entre ! 35 et 45 f°, les cinquième et sixième couches avec une humidité re-5 lative de 2' 35'-* . On peut sécher les troisième et quatrième cou- >■ ches avec une humidité relative de 35 à 40 fo, les cinquième et sixième ! avec une humidité relative de 25 à 30 % et la couche finale avec une humidité relative de 15 à 25 ! De préférence, on applique la première couche en lui donnant 10 une épaisseur de 0,125 à 0,5 mm, et on pulvérise les/parlfcules ré- j fractaires sur la couche humide avec une force suffisante pour assurer j l'enrobage des particules. On préfère utiliser une pulvérisation qui I donne un nuage dense et uniforme de fines particules qui heurte la couche humide avec une force importante. Celle-ci ne doit pas être 15 cependant trop importante pour provoquer la rupture ou le retrait de la première couche humide du modèle. On recommence à mettre en oeuvre ce procédé jusqu'à la réalisation de plusieurs couches solidaires, l'épaisseur des couches étant comprise entre environ 0,125 et 0,5 mm. Après la réalisation du moule autour du modèle, on peut reti-20 rer la matière du modèle par chauffage,et le moule est prêt pour la cuisson. En général, on utilise des températures de cuisson de l'ordre de 815 à 1038°C« Les moules carapaces réalisés sont durs, lisses et relativement perméables, et leur épaisseur est de l'ordre de 3,2 à 6,4 mm, 25 Le groupe de moules réalisé à partir de l'ensemble 10 por te la référence 30 sur la figure 3. L'ensemble 30 se trouve dans un four ayant une paroi réfractaire externe 31 autour de laquelle sont disposées une ou plusieurs bobines à induction 32, destinées au chauffage. A l'intérieur de la paroi 31 se trouve un dispositif 33 30 destiné à fournir de l'énergie par radiation au^koules et formé de graphite. La partie supérieure du four est fermée par une plaque 34.' supérieure en matière réfractaire et un entonnoir 35 permet d'introduire le métal fondu dans les cavités de moulage. L'ensemble 30 contient lui-même ion dispositif 36 de coulée 35 et une partie cylindrique 37 de descente. Le dispositif 36 communique avec l'intérieur des moules dont deux portant les références 38 et 39 sur la figure 3. Des jets de coulée 40 et 41 distribuent le métal COPÏ 71 29006 ' 2113833 fondu de la réserve commune aux cavités de moulage des divers aoulei Les ensembles de moules ont leurs extrémités ouvertes et lei extrémités inférieures se trouvent sur un bloc 42 de refroidisse® en-en cuivre ou en autre matière ayant un bon coefficient de transfert 5 de chaleur. Le cas échéant, on peut faire circuler un fluide dans 1) bloc 42, de manière à accroître la vitesse de transfert. L'ensemble de chauffage peut aussi comprendre un réflecteur réfractaire 43 qui, dans le mode de réalisation de l'invention rapri senté sur la figure 3, comprend un anneau continu de matière oéramiq 10 formant le moule, avec une partie centrale cregse^Dans une variant* le réflecteur 43 peut comprendre une matière/préalablement formée ei placée dans le moule avant la coulée, et il n'est pas nécessaire qu'il soit continu. En d'autres termes, on peut placer plusieurs cloisons en céramique très près des moules^éparés, la largeur des 15 cloisons étant au moins égale à la largeur projetée des ensembles de moulage associés. Lors du fonctionnement, on fait travailler l'ensemble de raou lage sous vide, et on chauffe les moules à une température supérieur à la température du solidus du métal à verser dans le moule. On fait 20 fondre le métal et on le coule dans le moule, puis on réduit progree sivement la température de celui-ci pour obtenir une solidification unidirectionnelle depuis le bloc 42 vers le haut. Une manière coiaaod de réaliser cette solidification consiste à mettre hors tension progressivement des enroulements séparés de la bobine 32 de chauffage à 25 induction, de manière que la solidification progresse vers le haut et qu'il existe un gradient longitudinal unidirectionnel dans le mou ce qui provoque la formation d'une structure à grains^rismatiques ayant une orientation longitudinale. On constate que grâce à l'utilisation des éléments réflectsu 30 de l'invention, il est possible d'utiliser un plus grand nombre de moules par groupe qu'on ne pouvait jusqu'à présent le faire, sans interaction nuisible entre les moules. On constate aussi qu'on améliore la structure des grains des moulages principalement parce que les éléments réflecteurs permettent, pense-t-on, de maintenir 35 un gradient qu'on peut régler de façon précise dans l'ensemble de moulage. \ COPY BAP ORIGINAL 71 29006 2113833 Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées* 71 29006 7 2113833 REVENDICATIONS 1. Appareil de moulage de précision, caractérisé en ce qu'il comprend un four, une bobine de chauffage par induction, placéey&utour de la paroi du four, un diffuseur placé à l'intérieur de cette paroi 5 et à son voisinage, un ensemble comprenant plusieurs moules céramiques distants entourés par ladite paroi, un dispositif commun d'alimentation en métal fondu dans chacun des moules, et un réflecteur réfractaire placé à une faible distance des soûles du côté opposé audit diffuseur. 10 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur est solidaire des moules. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif ayant une conductibilité thermique élevée et sur une face duquel reposent les moules. 15 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur est un anneau qui entoure le dispositif commun d'alimentation. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif commun d'alimentation comprend un dispositif de coulée 20 et en ce que les moules reçoivent du métal fondu provenant dudit dispositif de coulée et en partant radialement vers l'extérieur. 6. Procédé de réalisation de moulages à structures prismatiques, caractérisé en ce qu'on dispose plusieurs moules distants en céramique et à extrémités ouvertes sur une face très conductrice de 25 la chaleur dans un four comprenant un diffuseur qui irradie de la chaleur sur les moules, on chauffe préalablement ces moules à une température supérieure au solidus du métal à couler, on place un réflecteur céramique vers l'intérieur par rapport aio/moules,de manière que ceux-ci se trouvent entre le déflecteur et le diffuseur, on verse 30 du métal fondu dans les moules et on crée un gradient unidirectionnel de température dans les moules au cours de la solidification du métal.