Brevet FR2249730A1 — publié le 19750530

La présente invention concerne le moulage de pièces et plus particulèrement le moulage du type a la cire perdue de pièces à solidification orientée. Le moulage de pièces ayant une structure à grains orientés suivant une direction par suite de l'élimination de chaleur particulière pendant la solidification est largement décrit dans la littérature. Le développement d'un tel moulage de pièces à partir du procédé de moulage dit à la cire perdue a consisté à employer des moules en grappe, c'est- -dire des moules comprenant plusieurs chambres de moulage chacune de forme appropriée pour le moulage d'une pièce, et une base communiquant avec un refroidisseur par lequel on élimine une partie de la chaleur du métal moulé dans le moule. Comme dans le procédé de moulage à la cire perdue, le procédé de solidification orientée comprend la formation du moule avec une cavité dans laquelle on coulait le métal fondu, puis on le faisait s'écouler à l'intérieur du moule. Cependant, on a trouvé qu'on ne pouvait atteindre le meilleur réglage possible du procédé de soli dificâtion avec de grands moules en grappe. De plus on a trouve que le réglage précis de ce procédé nécessite la mise en place du moule dans une petite cavité de four qui ne permet pas une introduction aisée du mêtal fondu d'une source extérieure au moule. Pendant le processus de solidification orientée, on enlève de la chaleur dù métal fondu se trouvant dans une chambre de moulage de pièces au moins initialement en majeure partie-par l'interme- diaire de la base du moule. I1 serait donc avantageux que la base du moule recouvre une surface aussi grande que possible de la partie supérieure d'un refroidisseur et que le moule soit aussi près que possible d'un refroidisseur latéral. La présente invention a donc pour but de fournir un moule comprenant une chambre adaptée pour contenir une charge solide et pour permettre à cette charge une fois fondue, de s'écouler par gravité dans une chambre de moulage de pièces. L'invention a aussi pour but de fournir un moule utilisable dans un petit four dans le procédé de solidification dirigée dit par enlèvement. L'invention a encore pour but de fournir un moule dont la base peut être directement reliée à un refroidisseur. L'invention a enfin pour but de fournir un procédé pour fabriquer une pièce moulée à solidification orientée dans lequel une charge de métal sous forme solide placée dans un moule est fondue de telle manière que la partie située directement au-dessus d'une chambre de moulage soit la dernière à fondre produisant ainsi un effet dit d'auto-moulage permettant à la charge moulée de s 'écou- ler dans la chambre de moulage par gravité tandis que le moule est maintenu dans un four. Suivant l'invention, on réalise un moule particulièrement adapté pour être utilisé pour la solidification orientée qui comprend 4 parties principales, à savoir - une partie de chargement comportant une chambre de chargement de la charge, - une partie de moulage de pièces comportant une chambre unique de moulage de pièces, - une partie de germination de pièces reliée à la partie de moulage et, - une base reliée à la partie de germination, La chambre de chargement de la charge comprend une première ouverture destinée à recevoir une charge sous forme solide et une seconde ouverture plus petite quelapremière ouverture et de taille appropriée pour retenir la charge, lorsqu'elle est solide, dans la chambre de moulage. La seconde ouverture communique avec la chambre de moulage pour permettre l'écoulement de la charge lorsque celle-ci est fondue dans la chambre de moulage et la partie de germination. Les parties de chargement et de germination sont alignées et communiquent entre elles dans cet ordre. La paroi latérale de la chambre de chargement délimite un espace géométrique de section droite constante permettant l'utilisation de charge se présentant sous la forme de cylindre, prisme rectangulaire, etc... La dimension de la partie de moulage de pièces, transversale à la direction d'alignement, est la dimension transverse hors tout maximale du moule entier. Suivant un procédé de mise en oeuvre de la présente invention, on place une charge de métal sous forme solide dans la chambre de chargement du moule, et on fixe la base de ce moule sur un refroi diseur On place ensuite le moule dans un four de sorte que la chambre de moulage de pièces soit verticalement située en-dessous de la chambre de chargement de la charge, de sorte que lors du chauffage et de la fusion de la charge de métal, cette charge s 'écoule par gravité dans la chambre de moulage de pièces. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent Figure 1, une vue en coupe d'une réalisation du-moule suivant la présente invention, Figure 2, une vue en coupe partielle de la base du moule fixée à un refroidisseur, et Figure 3, une vue en coupe partielle faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2, et Figure 4, une vue en coupe partielle d'une autre forme de réalisation de la baste du moule. Ceendaut-le réglage de l'orientation de la structure de grains de pièces moulées pour éviter des défauts de moulage tels que des grains équiaxiaux dispersés, des grains mal orientés, un retrait etc. . est grandement améliorée lorsqu'on utilise un moule qui produit une seule pièce plutôt que des grappes de pièces. Une caractéristique de la présente invention est que la-base du moule est suffisamment large pour permettre de fixer le moule sur une surface relativement large d'un refroidisseur. Une autre caractéristique de ce moule est que la dimension transversale hors tout de la partie de moulage est la dimension transverse la plus grande du moule. Ces caractéristiques ainsi que les caractéristiques d'auto-moulage et d'alimentation par gravité et la forme de la chambre de chargement de la charge, rendent le moule particu lièrement adapté pour être utilisé dans un appareil de solidification orientée et les procédés qui en découlent. Sur la figure 1, on a représenté en coupe, un moule suivant l'invention. Ce moule que l'on peut utiliser pour fabriquer des pièces telles que des aubes de moteur à turbine à gaz, comprend une partie de chargement de charge 10, une partie de moulage de pièces 12, une partie de germination 13 et une base 14. Les parties de chargement, de moulage et de germination sont alignées les unes par rapport aux autres dans une première direction indiquée par la ligne en tirets 15 de la figure 1. La partie de chargement 10 comprend une chambre de chargement 16 comportant une paroi latérale 17 et est destinée à recevoir une charge solide par une première ouverture 18. La paroi latérale 17 délimite un volume géométrique de section droite constante par exemple à cylindre ou un prisme rectangulaire.La charge se présentera de façon commode sous la forme d'un lingot unique obtenu à partir d'une barre ou d'une tige de matériau à mouler de taille telle qu'il ne puisse pas passer à travers une seconde ouverture 20 ménagée dans le fond de la chambre de chargement 16 lorsque cette charge se trouve sous forme solide. En conséquence, la seconde ouverture 20 est plus petite que la première ouverture 18 pour assurer le maintien de la charge. La seconde ouverture 20 communique avec une unique chambre de moulage de pièces 22 située dans la partie de moulage de pièces 12 de sorte que la charge fondue provenant de la chambre de chargement 16 puisse s'écouler par gravité dans la chambre de moulage 22 et dans la chambre de germination 23. Bien que la réalisation de la figure 1 représente la partie de chargement comme étant réalisée d'un seul tenant avec la partie de moulage de pièces, il est bien évident que l'on peut réaliser un moule à partir de différentes pièces par exemple, de sorte que la partie de chargement soit un composant distinct conçu pour être placé en alignement avec la partie de moulage de pièces du moule.Dans cette forme de réalisation du moule particulièrement utile pour une solidification orientée, la partie de germination 13 comprend une chambre de germination 23 dans laquelle la structure de grain du matériau moulé commence à grossir et s'aligne d'elle-meme suivant la direction voulue. La partie de germination est ensuite éliminée de la pièce. Cette partie de germination 13 est adjacente à la partie de moulage 12 de sorte que la chambre de moulage 22 communique avec la chambre de germination 23. A la base de la partie de germination 13 se trouve une base 14 qui, sur la figure 1, est représentée sous la forme d'une bride continue comportant une saillie 24, cependant, comme on le mentionnera en se référant à la figure 4, cette base peut être pleine comme sur la figure 1 formant ainsi une paroi inférieure de moule ou elle peut comporter une ouverture comme sur la figure 4 pour permettre un contact étroit de la chargé fondue déposée dans le moule avec la surface d'un refroidisseur sur lequel demeure la base 14 pendant l'utilisation. On a représenté un tel refroidisseur en 26 sur les figures 2, 3 et 4. La vue partielle en coupe de la figure 2 représente la partie inférieure du moule fixée d'une manière appropriée sur le refroidisseur 26. Dans cette disposition particulière, le refroidisseur 26 comprend un rebord 28 agencé pour recevoir un moyen de verrouillage tel qu'une clavette 30 ou un ensemble de clavettes comme le montre plus clairement la figure 3 qui est une vue en coupe partielle faite le long de la ligne 3-3 de la figure 2. On notera que l'on peut utiliser bien d'autres moyens de verrouillage, par exemple un jeu de vis traversant le rebord 28 jusque dans la base 14. Le refroidisseur 26 peut être une partie de l'appareil de solidification orientée et peut être utilisé pour éliminer de la chaleur de la charge fondue dans la chambre de moulage 22 et la chambre de germination 23. Afin d'accomplir cette élimination de chaleur, la base 14 peut avoir de nombreuses formes. Par exemple, elle peut se présenter sous la forme d'une bride pleine comme représenté sur la figure 1. Cependant, si l'on souhaite obtenir un transfert de chaleur plus direct ou si l'on a l'intention d'utiliser un refroidisseur pour initier la croissance des grains, la base 14 peut comporter une ouverture 32 comme représenté sur la figure 4 Le moule suivant la présente invention est particulièrement utile lorsqu'on utilise le procédé de solidification orientée du type par enlèvement.Dans ce procédé, le moule comprenant la charge fondue dans la chambre de moulage 22 et la chambre de germination 23 est soumis à un gradient de température, par enlèvement du moule du four tandis que le refroidisseur 26 prélève la chaleur de la charge fondue pour accélérer la croissance des grains amorcée dans la chambre de germination dans la direction suivant laquelle on retire le moule. Par conséquent, une caractéristique importante de la présente invention est d'assurer la proximité la plus étroite possible entre la chambre de moulage et le refroidisseur. La dimension totale de la partie de moulage, transversale à la direction d'enlèvement, représentée sur le dessin comme la direction 15, est la dimension transverse la plus grande du moule entier. Cette direction transversale est représentée par B sur la figure 1. Dans le procédé de la présente invention, on place une charge solide dans la chambre de chargement 16 par l'intermédiaire de la première ouverture 18. Comme on peut le remarquer, il est plus commode de préformer une seule pièce en alliage pour l'insérer dans la chambre de chargement 16 afin d'améliorer la qualité de l'alliage de la pièce à mouler. Une fois le moule ainsi chargé, on fournit de la chaleur à la partie de chargement 10, en quantité suffisante pour au moins fondre la charge. Suivant une forme, la chaleur est fournie à la charge, de sorte que le fond de la charge qui se trouve la plus près de la seconde ouverture dans la chambre de charge soit la der nière à fondre. Par exemple, la charge est fondue à partir du haut vers le bas. On peut utiliser pour obtenir ce chauffage particulier, un four qui présente un ensemble de zones de chauffage alimenté par des sources de chaleur réglées séparément. On peut effectuer ceci de façon commode, en fixant le moule à un refroidisseur dans l'appareil adapté pour la solidification orientée de pièces moulées et en introduisant ensuite le moule et le refroidisseur dans un four à partir duquel le moule et le refroidisseur sont ensuite retirés. En tout cas, le moule est placé pendant le chauffage de la partie de chargement de sorte que la chambre de moulage soit verticalement en-dessous de la seconde ouverture dans la base de la partie de chargement. Alors, lors du chauffage de la charge de métal à une température suffisante pour la fondre, de préférence de haut en bas, cette charge s'écoule par gravité par la seconde ouverture dans la chambre de moulage de pièces et la chambre de germination. La présente invention permet l'utilisation d'appareils qui permettent de régler de façon plus efficace la microstructure et l'orientation cristalline de la pièce à solidification orientée produite. Du fait que le moule est du type à alimentation par gravité et est adapté pour coopérer avec un refroidisseur, il fournit des pièces moulées à solidification orientée de qualité améliorée. I1 est commode de fabriquer le moule à partir de matériau céramique ou réfractaire. Cependant, dans certains cas, il peut être commode de fabriquer le moule avec d'autres matériaux. En outre, on peut utiliser des moules de configurations diverses et le cas échéant, des moules sous forme de structure unitaire. REVENDICATIONS 1 - Moule caractérisé en ce qu'il comprend une partie de chargement dont les parois y compris les parois latérales délimitent une chambre de chargement, une partie de moulage comprenant une unique chambre de moulage, une partie de germination et, une base reliée à la partie de germination, lesdites parties de chargement, de moulage et la base étant alignées et communiquant les unes avec les autres successivement dans une première direction, la chambre de chargement comportant :: une première ouverture destinée à recevoir une charge sous forme solide de matériau dont doit être fait la pièce, et une . uns seconde ouverture plus petite que ladite première ouv-- ture et dont la dimension est telle qu'elle rètient la charge lorsque celle-ci est solide dans la chambre de chargement, ladite séconde ouverture communiquant avec ladite chambre de moulage, ladite paroi latérale délimitant un volume géométrique de section droite uniforme et la dimension totale de la partie de moulage transversale à ladite premièré direction étant la dimension totale transverse maximale du moule. 2 - Moule suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la base comprend une ouverture. 3 - Moule suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se compose d'une structure monobloc en matériau céramique. 4 - Procédé de fabrication d'une pièce moulée a solidification sqrientee utilisant un moule comportant une chambre de charge qui communique avec une chambre de moulage de pièces intermédiaire, une -ouverture, une base reliée à la chambre de moulage en un point opposé à la chambre de charge, procédé caractérisé en ce qu'on place une charge métallique sous forme solide dans la chambre de charge, de sorte que la base de la charge soit au-dessus de ladite ouverture, en ce qu'on fixe la base du moule sur un refroidisseur dans un four de sorte que la chambre de moulage soit verticalement en-dessous de la chambre de charge, et en ce qu'on applique de la chaleur à la charge métallique pour augmenter sa température suffisamment pour la fondre et pour permettre à la charge fondue de s'écouler par gravité par 1' ouverture dans la chambre de moulage. 5 - Procédé suivant la revendication 4,-caractérisé en ce que la base de la charge recouvre 1' owerture et en ce qu'on applique la chaleur à la charge métallique de manière à ce que la base de la charge fonde après que le reste de la charge ait fondu.