Brevet FR2430810A1 — publié le 19800208

La présente invention concerne un procédé de, moulage d'alliages. On sait que les éléments complexes moulés à la cire perdue, formés de systèmes d'alliagoenotamment de superalliages de type nickel-cobalt-fer sont préparés habituellement à partir d'une matière refondue sous vide, par exemple sous forme de barres ou de billettes. Le produit obténu à la suite de cette opération est très sensible à la contamination par les matières non métalliques qui peuvent apparaître à la suite de la fusion des alliages dans des systèmes réfractaires, à la fois lors de la première fusion utilisée pour la refusion du lingot et lors de la refus ion avant la coulée. En outre, il existe des retassures de retrait dans le lingot formé au cours de la refusion7 ces retassures constituant des endroits de piégeage de matières abrasives lors de la découpe, de matières de refroidissement ou d'autres substances étrangères.On a estimé que la majorité des défauts apparaissant dans les pièces moulées finales étaient le résultat direct ou indirect de cette contamination de la matière refondue par les substances non métalliques. En outre, les lingots ayant subi une refus ion présentent de-façon connue des problemes de ségrégation dus à des phénomènes de solidification. A cet égard, il faut noter qu'il est extremement difficile de réaliser un lingot refondu homogène au point de vue chimique. Certains alliages utilisés pour la coulée d'alliages à structure orientée, par exemple les alliages nickel-titane- carbone, présentent une ségragation extrême du carbone rendant difficile la formation de pièces moulées uniformes à la cire perdue. Les carbures de grosse dimension qui sont présents dans les lingots refondus classiques ne se dissolvent pas en totalité pendant la refusion qui est normalement courte. Ainsi, les propriétés et les structures des pièces terminées sont influences par les carbures présents dans les lingots ayant subi une refusion. Certaines tentatives de remédier à cés inconvénients n'ont donné que partiellement satisfaction. On a déjà utilisé des alliages grenaillés dans de l'eau à la place de lingots formés par refusion. Cependant, les alliages qui étaient utilisés étaient pauvres en aluminium, en titane et en éléments facilement oxydables alors que les alliages modernes utilisés dans les turbines à gaz et autres applications très délicates, nécessitent des quantités importantes d'éléments facilement oxydables. En outre, les alliages grenaillés dans de l'eau peuvent contenir de l'eau piégée, celle-ci étant. une source de contamination par l'hydrogène qui peut poser un problème et peut réduire les propriétés mécaniques.En conséquence, la matière ayant subi une fusion à l'air et une refusion avec grenaillage dans liteau ne convient pas aux opérations de refusion lors de la mise en oeuvre d'alliages contenant des éléments facilement oxydables. L'invention concerne un procédé de moulage d'alliages à partir de poudres métalliques dans lequel l'alliage est protégé contre l'oxydation depuis son arrivée initiale sur un disque tournant d'atomisation ou un autre dispositif de fabrication de poudre, au cours de la fusion et jusqu'au moulage à la forme voulue. De cette manière, les problèmes posés par les lingots de refusion, par exemple les retassures de retrait, la ségrégation des carbures et le piégeage d'abrasifs de découpe, sont résolus. La poudre peut être formée par l'un quelconque des procédés classiques à partir d'une matière primaire ou secondaire fondue à l'état vierge ou recyclée. Les poudres peuvent être introduites dans des récipients de transport sous vide ou en atmosphère inerte et introduites dans une trémie contenant une atmosphère inerte et qui transmet alors directement la poudre à un four de fusion. Dans une variante, la poudre peut être préalablement emballée dans des récipients fusibles, contenant un gaz inerte ou sous vide, ou dans des récipients réutilisables qui sont directement vidés dans le four puis retirés. Ces récipients sont alors transmis à un sas sous vide et vidés dans la trémie du four. Une troisième possibilité comprend la formation de billettes ou de blocs destinés à être introduits directement dans le four de moulage. Cette dernière possibilité peut être souhaitable dans certains cas afin que les effets de couplage magnétique entre le champ inductif d'un four d'induction et la matière à fondre soient améliorés. Quelles que soient les opérations particulières du procédé utilisé, les particules métalliques sont protégées contre l'oxydation et la contamination de la surface pendant toutes les opérations. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation et en se référant au dessin 'annexé sur lequel la figure 1 est un schéma d'un exemple d'installation permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention selon lequel les particules métalliques sont transportées d'-une installation de fabrication de particules à une trémie d'alimentation d'un four dans un récipient de transport ayant des vannes à ses deux extrémités ; et la figure 2 est un schéma d'un autre mode de réalisation d'appareil destiné à la mise en oeuvre de l'invention, selon lequel des particules métalliques contenues dans un récipient étanche de transport sont vidées dans une trémie de chargement, par passage du récipient étanche dans un sas sous vide. On se réfère au dessin et notamment à la figure 1 qui indiquent que des poudres métalliques, notamment de superalliages, formées par une technique de microcoulée sous atmosphère inerte ou sous vide, sont rassemblées dans un collecteur 10. La technique de microcoulée peut comprendre l'atomisation par un gaz, la pulvérisation mécanique ou la mise en oeuvre de techniques centrifuges pour la fragmentation d'une masse fondue d'alliage. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 253 783 décrit un exemple de technique de microcoulée en présence d'un gaz.Les compositions de superalliages à partir desquelles la poudre métallique est formée ont habituellement une certaine affinité pour l'oxygène' aux températures correspondant à celles auxquelles les alliages sont chauffés en vue de leur atomisation. Bien que les teneurs en oxygène, dans la poudre métallique, pouvant atteindre 300 ppm n'ont pas d'effet nuisible appréciable sur les propriétés mécaniques à température élevée des éléments moulés résultants, il est habituellement préférable que la teneur en- oxyqène des poudres soit inférieure à 100 ppm environ. La production de poudres métalliques dont la teneur en oxygène est inférieure à 100 ppm peut etre facilement réalisée dans un gaz inerte tel que de l'argon ou de l'hélium, assurant l'atomisation de la masse fondue, une atmos phère inerte étant formée dans le collecteur 10 dans lequel les particules fondues se refroidissent et se rassemblent. Les particules du collecteur 10 peuvent passer alors dans une vanne 12, un sas 14 à gaz et une seconde vanne 16 vers une chambre 18 de criblage, sous gaz inerte. Le sas à gaz est relié par un conduit 20 et une vanne 22 ou 24 à une pompe à vide ou une réserve de gaz inerte. Les poudres métalliques provenant de la chambre 18 de criblage passent dans une vanne 26, un sas 28 sous vide et une vanne 30 jusqu'à un mélangeur 32 puis, de celui-ci, dans une vanne 34, un sas 36 sous vide et une vanne supérieure 38 d'un récipinet 40 de transport. Les sas 28 et 36 sont aussi reliés par un conduit 20 a une pompe à vide ou une réserve de gaz inerte. Le récipient 40 de transport qui porte les vannes supérieure 38 et inférieure 42 peut être déconnecté du sas 36 et transporté avec les deux vannes 38 et 40 fermées, vers une trémie 44 de chargement qui comporte une vanne supérieure 46 et un sas 48 sous vide au-dessus de cette vanne. Le sas 48 est destiné à être relié par un conduit 50 à une pompe à vide ou une réserve de gaz inerte. Après disposition au-dessus du sas 48 et fixation du récipient à ce dernier, le sas est évacué ou rempli de gaz inerte, et la vanne inférieure 42 du récipient 40 est ouverte, de même que la vanne 46. Dans ces conditions, la poudre métallique du récipient tombe dans la trémie 44 de charge qui est aussi sous vide ou remplie de gaz inerte. Après le déchargement, les vannes 46 et 42 sont fermées à nouveau et le récipient est alors utilisé pour une nouvelle charge de métal en poudre provenant du mélangeur 32. La poudre métallique provenant de la trémie 44 passe dans un mécanisme 52 d'addition dans un four 54 de fusion par induction lui aussi placé dans la chambre 56 qui est soit sous vide soit remplie de gaz inerte. Lorsque la matière fondue est prête, le moule est soulevé de la position A à la position B par l'intermédiaire d'une porte étanche 58, et la matière est' coulée. Le moule est alors retiré par la porte 58, et placé dans la chambre 59 de moulage et le cycle recommence. I1 faut noter que les particules métalliques ne viennent jamais au contact de l'air, de même que le métal fondu. C'est seulement la pièce terminée qui vient au contact de l'air. La figure 2 représente un autre mode de réalisation d'installation destinée à la mise en oeuvre de l'invention, dans laquelle les éléments correspondant à ceux de la figure 1 portent des références identiques-. Cependant, dans le cas considéré, la poudre métallique, sous vide ou sous gaz inerte, est placée dans un récipient 60 et y est enfermée de façon étanche avant exposition du récipient à l'air. La matière qui forme le récipient 60 peut être une feuille qui peut être-consommée à l'intérieur du four ou il peut s'agir d'une matière différente de l'alliage à fondre et dans cas un appareil de manipulation doit pouvoir verser le contenu du récipient dans la trémie 44 de chargement. Dans ce cas, le récipient de transport est introduit par une porte étanche 62 dans un sas 64 sous vide. Ensuite, la porte 62 est fermée et le sas 64 est mis sous vide, une seconde porte étanche 66 étant alors ouverte. L'appareil de manipulation non représenté repousse le récipient entier dans la trémie de chargement ou ouvre le recipient 60 et vide son contenu dans la trémie 44. Ensuite, la porte 66 est fermée, l'air peut pénétrer dans le sas 64 et la porte 62 est ouverte afin que le récipient puisse être retiré, lorsqu'il n'est pas de type consommable. Dans une variante, la poudre peut être consolidée totalement ou partiellenent afin que la manipulation de la matière soit facilitée. La poudre fluide peut être frittée sous forme d'une masse très dense ou partiellement dense, ou elle peut être consolidée par compression isostatique à chaud. Un autre procédé comprend la consolidation directe de la poudre à froid. Ce procédé n'est pas coûteux et nécessite très peu d'investissements. Cependant, les poudres formées sont dures et sphériques et ne permettent pas une consolidation directe. En conséquence, un système à deux poudres peut être utilisé, une poudre étant normale et pouvant êtrecomprimée alors que l'autre non. Selon ce procédé, les deux poudres sont mélangées, et le mélange formé peut être comprimé. Dans un exemple, lorsque l'alliage doit contenir 50 % de nickel, la teneur en nickel de la poudre peut être réduite à 25 a et le reste du nickel peut être ajouté sous forme d'une poudre de nickel pur pouvant être comprimée, par exemple de nickel-carbonyle. De manière analogue, dans le cas d'alliages à base de cobalt, la poudre de cobalt pur pouvant être comprimée peut être utilisée dans le mélange à la place d'un alliage de cobalt en poudre dont la teneur en cobalt est réduite de la quan tité correspondant a la poudre de cobalt pur. Le mélange peut alors être comprimé à froid à une forme convenant à la manipulation ultérieure et à la fusion sous vide ou sous gaz inerte, la teneur totale du mélange correspondant à celle qui est voulue pour la matière finale fondue. Là encore, la poudre et l'ébauche sont maintenues sous atmosphère inerte pendant la fusion et la coulée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédez de moulage de pièces d'alliages, caractErisE en ce qu'il comprend la fusion dlun alliage à mouler, sous atmosphare inerte, la mise de l'alliage fondu en particules sous atmosphère inerte, le transport des particules sous atmosphère inerte vers un four de fusion qui est lui aussi placé en atmosphère inerte, le chargement des particules dans le four, toujours sous atmosphère inerte, la fusion des particules sous atmosphère inerte, la fusion des particules sous atmosphère inerte, et la coulée de l'alliage fondu du four dans des moules qui sont aussi sous atmosphère inerte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la disposition desparticules dans des récipients étanches après leur formation, afin qu'elles soient protégées contre l'oxydation et la contamination superficielles, l'introduction des récipients étanches dans une chambre fermée et la mise de cette chambre sous vide puis, lorsque la chambre a été mise sous vide, l'ouverture du récipient étanche et le chargement des particules dans une trémie d'un four de fusion, placée elle aussi en atmosphère inerte. 3. Procédé selon 1a revendication 2, caractérisé en ce que la chambre fermée a une porte étanche ouvrant à l'atmosphère et une porte étanche ouvrant sur la trémie du four, et- le procédé comprend la formation d'une atmosphère inerte dans la trémie, l'ouverture de la porte débouchant sur l'atmosphère, l'introduction du récipient contenant les particules métalliques dans la chambre, la fermeture de la porte ouvrant sur l'atmosphère, l'ouverture de la porte ouvrant sur la trémie, et le déchargement du contenu du récipient dans la trémie. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend le frittage des particules sous forme d'une ébauche, la protection de l'ébauche frittée contre l'oxydation et la contamination, et le chargement de l'ébauche dans le four. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sont comprimées à froid sous forme d'ébauche, et le procédé comprend la protection'des ébauches contre l'oxydation et la contamination, et le chargement des ébauches sous atmosphère inerte, dans le four. 6. ProcFdF selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules, après leur formation, sont chargées dans un récipient de transport ayant des vannes aux parties supérieure et inférieure, le procédé comprenant l'ouverture de la vanne supérieure lorsque la vanne inférieure est fermée, le chargement des particules par la vanne supérieure ouverte dans le récipient de transport, la fermeture de la vanne supérieure après chargement des particules dans le récipient, le transport du récipient dont les deux vannes sont fermées vers une trémie de chargement du four, le maintien d'une atmosphère inerte dans la trémie de chargement, et l'ouverture de la vanne inférieure et le chargement du contenu du récipient dans la trémie.