Brevet FR2287957A1 — publié le 19760514

La présente invention concerne un procédé perfectionné pour traiter des pièces de fonderie en titane après l'opération de moulage. L'invention concerne plus particulièrement, le traitement de pièces de fonderie qui sont formées dans des moules en coquille ou dans des conditions similaires. il est bien connu que des défauts internes ou reliés à l'extérieur sont relativement courant dans la fabrication de pièces de fonderie en titane. En particulier, des défauts occasionnés par des micro-retassures, des inclusions de gaz, des contractions de cavité3 de même que d'autres défauts résultant dans des soufflures internes dans le matériau, sont rencontrés couramment. En ce qui concerne les défauts reliés à l'exténeur, les surfaces des pièces de fonderie montrent souvent des reprises, des coques de retrait, des replis, des retraits dentritiques et d'autres défauts qui sont généralement caractérisés par l'absence de matériaux de moulage dans certaines zones e la surface.Etant onn que les moulages de précision nécessitent des défauts top rances dimensionnelles faibles, de teîs/reîtés à l'extérieur ne peuvent pas être supprimés pr un simple usinage es zones concernées. Lorsque les pièces de fonderie sont formes à partir d'alliages très oréweux, la présence de défauts de moulage représente un problème sévère. De telles pièces de fonderie ne peuvent pas- être utzliswes lorsque les pièce scat employées dans des conditions critiques comme par exemple en tant qu'aulx de turbine dans un moteur à réaction. En effet, on sait que la présence de défauts internes ou reliés à l'extérieur est la cause de 1a rupture de la èce dans ces conditions de fonctionnement et que par conséquent de telles oièces doivent etre rejetées.Ces pièces ne sont alors plus utilisables comme ferraille, ce lui représente une perte importante pour le fabricant en raison des coûts de production élevés des pièces de fonder 3 de prév ion. Différents procédés ont été développés pour traiter les pièces de fonderie, afin d'éliminer les défauts internes et reliés à l'extérieur. Un tel procédé connu sous le nom de traitement isostatique à chaud, consiste à appliquer simultanément une température élevée et une pression élevée dans une atmosphère gazeuse, la combinaison de la température et de la pression provoquant un fluage ou un mouvement similaire du matériau par lequel les soufflures peuvent être éliminées ou su moins réduites dans une large proportion. Dans le cas de soufflures internes, une pression différentielle est possible du fait que le matériau entourant les soufflures les rend efficacement étanches par rapport à la haute pression de l'atmosphère gazeuse qui entoure l'article traité. Avec cette pression différentielle, le mouvement du métal permettant d'éliminer les soufflures est possible. Dans le cas de soufflures externes, un équilibre se développe lorsque le gaz à haute pression pénètre dans les soufflures et il devient dans ce cas impossible d'obtenir le mouvement du métal désiré pour fermer les soufflures. Les procédés ont été développés pour refermer les défauts reliés à l'extérieur, ces procédés étant appliqués après les opérations de finition conventionnelles. Un procédé est décrit dans la demande de Brevet U.S. 356.844, intitulé : "Consolidation isostatique à chaud des défauts de moulage" qui consiste à appliquer un revêtement sur les surfaces extérieures pour fermer les soufflures du matériau et éviter ainsi la pénétration du gaz à haute pression dans les souffluxe3. Dans de telles conditions le mouvement du matériau peut se produire à pression et température élevées, ce qui permet la fermeture des soufflures externes. Un des buts de l'invention est de fournir un procédé amélioré pour traiter les pièces de fonderie en titane. Un des buts plus particulier de l'invention est de fournir un procédé pour traiter les pièces de fonderie en titane qui élimine efficacement les soufflures reliées à l'extérieur de la pièce de fonderie sans opération de revêtement et qui en même tenps permet l'élimination des soufflures internes. l'autres buts de l'invention apparaîtront dans la description qui suit et dats un but d'illustration non limitative, des exemples spécifiques de la mise en oeuvre do l'invention sont décrits ci-après. L'objet de la présente invention comprend gtnéralement un procédé pour traiter des pièces de fonderie en titane qui sont sujettes à la formation de défauts reliés à l'extérieur et qui peuvent être considérées comme inutilisables sans l'élimination des défauts. L'invention concerne partiot - lièrement des pièces de fonderie en titane du type formées dans des moules en coquille ou équivalent, c'est-à-dire des pièces de fonderie qui sont considérées comme des moulages de précision et qui sont par conséquent relativement onéreuses. Selon le procédé de l'invention, des pièces de fonderie en titane sont formées dans des moules de soute que les zones des pièces qui se solidifient directement contre la paroi du moule, constituent une peau sensiblement continue. Par les termes "peau continue", qui constituent une notion critique pour la présente invention, on entendra une peau qui élimine sensiblement la pénétration de gaz de l'atmosphère environnante. Les pièces de fonderie de titane formées de la manière décrite, montrent souvent des soufflures de matériau immédiatement en dessous de la surface de la peau. De telles soufflures résultent de retraits ou sont provoquées par des gaz qui sont présents au cours de l'opération de moulage. A moins que ces défauts ou soufflures ne soient enlevés, des limitations sérieuses sont imposées aux propriétés des articles produits à partir des pièces de fonderie. L'invention prévoit l'application simultanée de chaleur et de pression à des pièces de fonderie qui comportent leur peau brute de coulée. Le chauffage est réalisé à une température de l'ordre de 730 à 1040 C qui est une température suffisante pour permettre le mouvement du métal lorsque l'alliage de titane est soumis à une pression. L'application de pression doit être au moins d'environ 350 kg/cm2 avec des pressions maximales dépendant essentiellement des limitations de l'équipement et se situant au-dessus de 3500 kg/cm2. Des pressions de l'ordre de'1050 à 2100 kg/cm2 fournissent des conditions satisfaisantes dans pratiquenent tous les cas. Le procédé selon l t invention est plus particulièrement caractérisé par l'utilisat-or de la peau saine du matériau qui se solidifie directement contre la paroi du moule. Cette peau est conservée après le moulage en éliminant les opérations de finition conventionnelles telles que le décapage ou le polissage Le moule en coquille ou toute autre structure de moule peut être vi podL;;rieures. Il est en particulier prévu que tout l'ensemble de pièces peut être soumis au traitement isostatique à chaud avec le moule en place si ceci constitue un mode de fabrication consoude. En effet la porosité du moule permet la pénétration du gaz permettant d'aFpliruer la pression désirée aux pièces de fonderie. Les limitations d'encombrement de l'équipement constituent le principal inconvénient de cette façon d'opérer. La présence des sections d'attaque et de jet de aboulée peut être particulièement souhaitable, mais n' est en aucun cas nuisible au traitement isostatique à chaud. Ces parties moulées fournissent en même temps que la peau mentionnée ci-dessus > des zones saines du matériau pour rendre étanche les surfaces de la pièce de fonderie. Dans ces conditions l'application de la pression provoque la supression de la porosité sous ces surfaces puisque le gaz ne pénètre pas pour égaliser la pression dans la région des soufflures du matériau. En plus de la présence du matériau du moule et des parties du moulage superflu, tous les noyaux présents dans les pièces de fonderie peuvent être maintenus pendant le traitement isostatique à chaud. il a été constaté que le matériau des noyaux n'est en aucun cas nuisible au procédé, que les noyaux peuvent être enlevés plus facilement au cours d'une opération de finition postérieure, et que le matériau des noyaux peut lui-même participer à l'étanchéité. On comprendra que lorsque les matériaux du moule ou des noyaux peuvent réagir défavorablement avec le titane lors du traitement isostatique à chaud, ces matériaux peuvent être enlevés sans enlever le métal brut de moulage de sorte que les avantages de l'invention sont toujours présents. L'invention peut être appliquée à différentes alliages à base de titane. Par exemple, l'invention peut être mise en oeuvre en soumettant des barres d'alliage Ti-6 Al-4 V à un traitement isostatique à chaud dans lequel la température est maintenue à 8400C avec une pression de 1050 kg/cm2 pendant une durée d'environ une heure. Le même alliage est efficacement traité à 9500C à 1050 kg/cm2 pendant une heure. Des barres d'alliage Ti-6 Al-2 Sr-4 Zn-2 Ko peuvent être traitées à 9500C à une pression de 1050 kg/cm2 pendant une heure. Des températures allant jusqu'à 10400G dans les mêmes conditions de pression sont acceptables pour des alliages de ce dernier type. Le procédé selon la présente invention fournit de nombreux avantages pratiques par exemple lorsqu'il est comparé avec des procédés nécessitant la formation d'un revêtement ou équivalent pour recouvrir les défauts reliés à l'extérieur. En effet, il est beaucoup plus facile de soumettre les pièces de fonderie au traitement isostatique à chaud lorsqu'elles sont brutes de moulage sans traitement postérieur. L'usins3e des pièces peut être effectué immédiatement après l'application du traitement isostatique à chaud et ces opérations d'usinage ne sont en aucun cas moins efficaces lorsqu'elles sont réalisées après ce traitement que lorsqu'elles sont réalisées avant le traitement. D'autres propriétés telles que la soudabilité ne sont pas affectées défavorablement par ces opérations. On comprendra que diverses modifications peuvent être faites dans le procédé décrit ci-dessus sans stécarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour traiter des pièces de fonderie en titane dans lequel les pièces de fonderie sont formées dans un moule avec leur surface brute de coulée solidifiée comprenant une couche sensiblement continue et dans lequel des défauts ayant la forme de soufflure dans le matériau sont situés immédiatement nous a peau, caractérisé en ce qu'elle comprend les tapes consistant à chauffer la pièce de fonderie dans ledit état brut de moulage à une température comprise entre environ 7300C et 10400C, placer la pièce de fonderie dans une atmosphère gazeuse et appliquer une pression d'au moins 350 R/cm2 par l'inJermédiaire du gaz à la pièce de fonderie, tandis que la pie ce est à ladite température, la combinaison de la chaleur et de la pression servant à éliminer sensiblement lesdites soufflures en affaissant et en consolidant le matériau de la pièce dans les zones des soufflures 2.- Procédé selon la Revendication , caractérisé en ce que lesdites pièces e fonderie sont formes dans des moules en coquille, ladite peau se solidifiant directement contre la surface du moule et en ce que ledit moule est enlevés avant l'.plication de la chaleur et de la pression. 3.- Procédé selon la 3evendicaticn 1, caractérisé en ce que lesdites pièces de fonderie sont formées dans des moules en coquille, ladite peau se so1idiCiant directement contre la surface du moule et en ce que l'arpl;- cation de la chaleur et de la pression est accomplie avec le moule en coquille en place aiitour de la pièce de fonderie. 4.- Procédé selon la Revendication 3, caractérisé en ce qutun ensemble de pièces moulées sont solidifie dans le moule en coquille. 5.- Procédé selon 13 Revendication 1, caractérisé en ce que lesdites pièce de fonderie sont solidifiées avec leur section d'attaque et de jet de coulée, ladite application de chaleur et de pression étant réalisée avant ltenlèvement desdites parties. S.- Procédé selon la Revendication 1 caractérisé en ce que lesdites pièces ce fonderie forment des passages internes avec des noyaux disposés dans ces passages et en ce que ladite application de chaleur et de pression est réalisée avant l'enlèvement desdits noyaux.