Brevet FR2288585A1 — publié le 19760521

La présente invention concerne la fabrication de pièces comprenant des pièces de fonderie de précision et (les pièces formées en utilisant les techniques de métallurgie des poudres et en particulier la fabrication de pièces de qualité et (l'intégrité structurelle élevées. Plus particulièrement l'invention concerne un procédé pour traiter les pièces ayant des défauts se présentant sous la forme de soufflures internes ou reliées à I'extérieur, procédé par lequel il peut être remédié à ces défauts et par lequel on peut obtenir des pièces ayant la qualité et l'intégrité souhaitées. On sait que les défauts internes ou relies à l'extérieur sont relativement courants dans la fabrication Ce pites de fonderie de précision. En particulier des défauts causés par des microretassures, des inclusions de gaz ou des retraits de cavité aussi bien que d'autres défauts provoquant soufflures internes, sont rencontrés couramment. En ce qui concerne les défauts reliés à l'extérieur, les surfaces des pièces de fonderie montrent des reprises, des criques de retrait, des replis, des retraits dentritiques et d'autres défauts qui sont généralement caractérisés par l'absence de matériau de moulage dans certaines zones de la surface. Entant donné que le moulage de précision entraine des tolérances dimensionnelles serrées, il ne- peut pas être remédié à de tels défauts reliés à l'extérieur en enlevant par usinage les zones concernées. Bien qu'elles comprennent des défauts d'autres types, les pièces formées par les techniques de la métallurgie des poudres peuvent également montrer des soufflures. De telles pièces sont de grande valeur et il peut résulter des économies de leur récupération. P Qu:-nd les pièces de précision sont formées d'alliages très onéreux, comme des alliages de titane ou divers superalliages, la présence de défauts constitue un problème particuliè-emen' sévère. De telles pièces ne peuvent pas être utilisées dans des conditions critiques, par exemple comme aubes de turbine dans un moteur à réaction. En effet, on sait que la présence de défauts internes ou reliés à l'extérieur, cause la rupture de la pièce dans les conditions de fonctionnement et par conséquent de telles pièces doivent être rejetées. Les pièces ne peuvent plus être utilisées que comme ferraille, ce qui représente une perte importante pour le fabricant en raison des coûts élevés entraînés par la fabrication de précision. Des procédés pour récupérer des pièces preésentant de tels défauts, sont décrits dans la demande de Brevet américaire US 356.844 intitulée "Consolidation-isostatique à chaud des défauts de moulage". Ces procédés comprennent le chauffage des pièces à une température telle que la déformation du matériau pisse être accomplie, et l'exposition simultanée des pièces à une pression gazeuse supérieure à environ 350 kg/cm. Ceci provoque la consolidation es parties du métal dans les zones des défauts de sorte que les défauts sont pratiquement éliminés. Les pièces traitées selon de tels procédés sont déåà aux cotes définitives et à l'exception de quelques opérations de finition, doivent être utilisées sensiblement dans la forme dans laquelle elles sont traitées. Il est particulièrement important que les pièces soient maintenues dans des conditions telles qu'elles-ne soient pas courbées ou autrement déformées au point qu'elles ne puissent être mises en place dans l'assemblage final. Etant donné que ces procédé nécessitent des traitements à température relativement élevée pendant des périodes de temps relativement longues, l'application de contraintes de flexion ou d'autres contraintes doit être évitée étant donné que même une déformation mineure peut endommager les pièces au point qu'elles doivent être mises au rebus. Il est également particulièrement important de prévoir des moyens pour séparer les différentes pièces traitées dans la même chambre. De plus, I'efficacité de fonctionnement est importante puisque l'utilisation de températures élevées et de pression entrains des coûts de fonctionnement relativement élevés et par conséquent, il est souhaitable de disposer d'un système qui nécessite la moindre consommation de temps et d'énergie. La présence d'un chauffage et d'un refroidissement efficace au cours du traitement isostatique à chaud est également importante. Ainsi, les conditions de mise en oeuvre sont matériellement améliorées si la chaleur peut être transmise aux pièces à un rythme contrôlé et si les pièces peuvent être refroidies dans des conditions contrôlées. Ces contrôles peuvent être d'importance particulière pour déterminer les propriétés des pièces qui sont finalement obtenues. Un des buts de la présente invention est de fournir un procédé amélioré pour effectuer la consolidation isostatique à chaud de pièces métalliques. Un but plus particulier de l'invention est de fournir un procédé pour effectuer la consolidation isostare chaud dans lequel des pièces de précision formées de supecalliages ou de titane sont traitées d'une manière telle que toute flexion ou autre déformation des pièces peuvent être évitées. Un autre but de l'invention est de fournir un système d'utilisation pour la consolidation isostatique à chaud qui est caractérisé par un rendement d'utilisation élevé, dè sorte qu'un minium de temps et d'énergie est nécessaire pour obtenir les résultats souhaités et que des pièces avec les propriétés désirées peuvent être obtenues. D'autres buts de la présente invention apparaîtront ci-dessous et dans un but d'exemple non limitatif, gne forme particulière de mise en oeuvre de l'invention est décrite en référence av dessin annexé, dans lequel la figure montre schématiquement des pièces dans une chambre de traitement isostatique à chaud. L'invention décrite ciaprès concerne généralement le traitement de pièces ayant des défauts internes ou reliés à l'extérieur qui sont caractérisés par l'absence de matériau. Plus particulièrement l'invention concerne le traitement de pièces dans des conditions telles que l'on peut obtenir une efficacité maximum et dans lequel les déformations des pièces dues aux contraintes de flexion ou aux autres contraintes peuvent être évitées. Lorsque l'on sait que des pièces sont sujettes à la formation de défauts internes ou reliés à l'extérieur, il est souhaitable de soumettre ces pièces à la corsoidation isostatique à chaud. Afin d'obtenir l'efficacité maximum, il est souhaitable de traiter les pièces par lots, de sorte qu'une pluralité de pièces est placée dans la meme chambre de compression et de chauffage pour un traitement simultané. Dans un système typique, et comme décrit dans la demande de Brevet mentionnée ci-dessus, les pièces sont chauffées à une température telle que des déforaations plastiques du matériau peuvent être accomplies. Après celà, et de préférence tandis que les pièces restent en place dans la chambre de chauffage, les pièces sont soumises à une pression de gaz supérieure à 350 kg/cm. Selon la présente invention, les pièces traitées sont supportées dans la chambre de traitement par un agent de remplissage. Le matériau de remplissage sert d'agent de support de sorte que les contraintes de flexion et les autres contraintes qui peuvent tendre à déformer des pièces peuvent être efíioacement supprimées. L'agent de support supprime ainsi les problèmes qui peuvent apparaître par exemple lorsque les pièces sont empilées les unes contre les autres dans la chambre de traitement ou lorsque les pièces sont suspendues dans la chambre avec les contraintes de pesenteur que cela entraîne. Selon la présente invention, les caractéristiques physiques de l'agent doivent être telles qu'un écoulement gazeux au-travers de l'agent soit obtenu facilement. L'agent est en particulier constitué de morceaux qui sont d'une forme telle que les espaces formés entre des morceaux adjacents permettent l'écoulement de gaz. Ceci réduit toute tendance de l'agent à isoler les pièces de la source de chaleur, tout en assurant l'application uniforme de la pression gazeuse sur les pièces. L'agent de remplissage est aussi caractérisé de préférence par une couductivité thermique relativement élevée. Dans ce cas l'agent sert à transmettre rapidement la chaleur aux pièces traitées de sorte que le temps de traitement peut être maintenu à un minimum évitant ainsi une dépense superflue de temps et d'énergie. Selon la présente invention le milieu de remplissage a en particulier des caractéristiques telles que l'isolation des pièces par cet agent est maintenue à un minimum. Il est également préféra d'utiliser un agent d'uoe conductivité thermique élevée, de sorte qu'un chauffage rapide pWIwt être réalisé, étant donné que ceci peut améliorer matériellement les propriétés des pièces traitées, en particulier du point de vue de leur uniformité. Ainsi, une bonne transmission de chaleur tend à augmenter la probabilité que toutes les parties des pièces traitées atteignent la température désirée, et sont maintenues à cette température pendant la durée souhaitée. La conductivité de l'agent est également importante du point de vue du refroidissement des pièces. Ainsi, on sait que les propriétés de certains matériaux sont améliorées par un refroidissement rapide et l'utilisation d'un agent de support qui permet d'accomplir ce refroidissement est par conséquent importante. Le dessin annexé montre une chambre 10 qui peut être la chambre de traitement d'un autoclave du type décrit dans la demande de Brevet US Ser. NO 356.844 mentionnée ci-dessus. Cet autoclave peut comprendre une chambre de chauffage réfractaire isolée comprenant des éléments chauffants et une conduite de pression pour élever la pression du gaz dans l'autoclave. Comme cela est mentionné, la forme préférée de l'invention comprend l'utilisation d'une structure telle que les pièces peuvent être traitées dans une seule chambre pour réaliser les perfeotionnements de l'invention. Dans la chambre 10, les pièces 12 sont distribuées dans l'agent de remplissage 14. Dans cet exemple, l'agent comprend des sphères de céramique, de sorte que des espaces sont nécessairement formés au travers de cet agent pour assurer l'écoulement du gaz. Les sources de chaleur utilisées peuvent donc chauffer immédiatement les pièces par convexion et par conduction à travers l'agent lui-neme. Comme cela est indiqué, il est souhaitable que l'agent de remplissage soit formé d'une céramique ayant une conductivité relativement élevée pour obtenir une efficacité de chauffage maximum. Les pièces disposées dans la chambre sont également supportées physiquement par l'agent. Ceci maintien les pièces sépares les unes des autres, de sorte qu'une flexion des pièces ou d'autres résultats indésirables sont évités. De plus, les contraintes de pesenteur sont efficacement éliminées, de sorte qu'une distorsion des pièces et en particulie des pièces lourdes n'est pas un problème. Il a été constaté que des billes de carbure de silicium sont particulièrement adaptées à être utilisées comme agent de remplissage selon l'invention. Ce matériau à une conductivité thermique élevée pour une céramique et peut supporter les conditions du traitement iso tatique à chaux. Le matériau peut être obtenu facilement dans les tailles qui sont le plus adaptées à la mise en oeuvre le l'in-ention. Lorsqu'il est relativement grossier ou de taille importin-te, le carbure de silicium n'isole pas les pièces de façon significative de sorte que le transfert de chaleur aux pièces peut être obtenu rapidement pour réduire le temps d'opération. Comme cela a été noté, d'autres agents de support , comme de la poudre métallique, peuvent être utilisés. Dans le cas de titane, on peut prévoir un agent normé de la même composition ou dune composition compatible qui ne provoque pas de réaction de surface indésirable. L'agent en titane a la- conductivité thermique souhaitée pour obtenir les avantages ci-dessus. L'agent peut comprendre des morceaux de titane sphériques. Les tailles de tels morceaux ou de morceaux de carbure de silicium ou d'autres matériaux prévus à la présente invention peuvent varier dans de larges mesures. Des morceaux d'environ 6 mm de diamètre sont considéras comme une limite supérieure, des morceaux allant le 14 à 100 2ESH ailt considérais comme étant les plus convenables. L'invention s'a-pplique plus particulièrement au traitement de pièces de fonderie en titane ou en superailiage. Comme cels est indiqué dans la demande de Brevet US Ser. N 517.633 intitulée "Procédé pour réaliser une consolidation isostatique à chaud", le traitement 1e telles pièces de fonderie comprend des étapes destinées à éviter la contamSla ion de surface des pièces de fonderie. Le matériau de remplissage employé selon la présente invention peut donc avoir un agent réducteur ou autre matériau réactif associé, ou bien la chambre 10 doit être munie de moyens pour exposer tout contaminant potentiel à l'agent pour supprimer le danger de contamination des pièces traitées. Comme cela est indiqué, l'utilisation de céramique ou d'un agent métallique de conductivité thermique élevée de la façon décrite, conduit à une amélioration significative du traitement izdstatique à chaud. L'agent métallique utilisé doit être tel qu'il né provoque pas de contamination des pièces traitées. Pour cette raison l'agent métallique est de préférence d'une composition identique ou similaire à oeila des pièces traitées, c'est-à-dire un agent en titane dans le cas d'alliage de titane, ou un agent en super alliage dans de cas de superalliage. Outre le carbure de silicium, d'autres céramiques de propriétés similaires peuvent être prévues. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées au procédé décrit ci-dessus sans s'écarter de l'esprit de l'invention. EEVEiDIGAIIOES 1.- Procédé de traitement de pièces comprenant des pièces de fonderie et des pièces formées par les techniques de la métallurgie des poudres, lesdites pièces étant composées de matériaux appartenant au groupe comprenant les alliages de titane et les superalliages, lesdites pièces Oomportalt des défauts sous la forme de soufflulsss ledit procédé comportant les étapes consistant à disposer les pièces dans une chambre fermée, à chauffer les pièces à une température telle que le matériau dont elles sont formées peut être facilement déformé, puis à augmenter la pression de gaz dans la chambre jusqu'à un minimum d'environ 350 kg/cm2, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à disposer un matériau en particules, conducteur de la chaleur, dans ladite chambre, lesdites pièces étant disposées au contact dudit matériau de sorte que les pièces sont maintenues écartés les unes des autres et écartées des parois de la chambre, ledit matériau ayant une conductivité thermique élevée. 2.- Procédé pour traiter des pièces selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau comprend des morceaux grossiers de sorte que des espaces sont formés entre les morceaux pour permettre l'écoulement du gaz et un échauffement par convexion élevé. 3.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau entoure sensiblement lesdites pièces. 4.- Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau appartient au groupe comprenant les céramiques et les poudres métalliques. 5.- Procédé selon la Revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau est du carbure céramique. 6.- Procédé selon la Revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau a sensiblement la même composition que lesdites pièces.