Brevet FR2619034A1 — publié le 19890210

iA 2619034 Procédé pour fabriquer par compression d'une poudre un élément de construction comportant des parties avec des parois d'épaisseurs fortement différentes. L'invention a pour objet un procédé pour fabriquer un élément de construction comportant des parties avec des parois d'épaisseurs fortement différentes, par pressage isostatique d'une poudre dans une boite de moulage. En construction mécanique, on utilise souvent des éléments de construction dont certaines parties comportent des parois d'épaisseurs fortement différentes. Dans les carters de moteurs, par exemple, une croûte métallique relativement mince est maintenue et portée par des nervures d'appui massives. A cela s'ajoute la plupart du temps des brides de raccord et des oreilles d'appui qui nécessitent également des parois plus épaisses. Pour fabriquer de tels éléments de construction, on suit principalement, à l'heure actuelle, trois voies différentes: 1) une pièce brute de forge, massive, est usinée par enlèvement de copeaux jusqu'à ce qu'on obtienne la structure souhaitée; 2) on fabrique l'élément de construction prévu, dans lequel des tôles, des éléments moulés et des éléments individuels usinés par voie mécanique sont assemblés de façon appropriée et inamovible, par exemple par soudage; 3) l'élément de construction requis est entièrement fabriqué par fonderie. Les procédés de fabrication mentionnés précédemment ne résolvent pas tous les problèmes qui se posent. Ainsi, 3C la méthode de fabrication mentionnée en 1) entraine des frais de fabrication élevés ainsi que des pertes de matière importantes par suite des copeaux produits. En outre, on ne peut pas descendre au-dessous de certaines cotes d'épaisseurs de parois pour des raisons de technique de fabrication. La méthode de fabrication indiquée en 2) est très onéreuse si l'on tient compte des travaux prélim.inaires requis et du soudage. Il se pose notamment des problèmes parce que les déformations thermiques qui se produisent lors du soudage nuisent à la précision de la fabrication. Des mesures onéreuses sont alors nécessaires pour garantir la qualité. Enfin, la version de fabrication entièrement par fonderie implique des limitations sensibles de grandeur et d'épaisseurs de parois. A la base de l'invention se pose le problème d'éviter les inconvénients des procédés de fabrication connus et de proposer un procédé pour la fabrication d'éléments de construction constitués à partir de poudres métalliques comprimées dans une boite de moulage, avec des parties présentant des parois d'épaisseurs fortement différentes, par exemple des carters de moteurs et des éléments de moteurs, les étapes de ce procédé assurant, avec une mise en oeuvre relativement réduite de moyens de fabrication, un travail exactement aux cotes, rationnel et, notamment, économique. A cet effet, l'invention concerne un procédé de type ci-dessus, caractérisé par les étapes suivantes dans lesquelles: a) on pose l'une sur l'autre au moins deux parois de boîte façonnées dans trois dimensions de manière que leurs surfaces reposent l'une sur l'autre dans une première zone élémentaire et qu'elles forment une ou plusieurs cavités dans une deuxième zone élémentaire, b) on lie les parois de boîte entre elles de façon inamovible, suivant leur surface dans la première zone élémentaire et le long des bords des cavités dans la deuxième zone élémentaire, c) on remplit les cavités avec une poudre métallurgique compressible, on les dégaze et on les ferme, d) on effectue un pressage isostatique de la boite remplie pour obtenir l'élément de construction terminé. 1, L'avantage particulier du procédé suivant l'invention consiste en ce qu'on peut, avec un nombre d'étapes de travail relativement faible, fabriquer et terminer les éléments de construction à fabriquer en respectant exactement les cotes et pratiquement sans chutes de matière. Suivant un mode de réalisation, on effectue la jonction des bords des cavités de l'élément de construction devant être remplies avec une poudre par des cordons de soudure, notamment par des cordons de soudure par galets. D'autres modes de réalisation de l'invention sont décrits dans la suite. L'invention est décrite plus en détail ci-après en se référant à deux exemples de fabrication représentés sur les dessins annexés, dans lesquels: la figure la et la figure lb représentent la fabrication d'un carter conique avec des collerettes annulaires, des nervures d'appui, ainsi qu'une bride de tuyau et les figures 2a à 2g représentent la fabrication d'une aube de turbine. Comme il ressort de la figure la, pour la fabrication d'un carter conique, on pose l'un sur l'autre deux anneaux coniques 1 et 2 qui correspondent l'un à l'autre et qui sont en matière hautement déformable, par exemple en un alliage métallique à base de titane ou d'aluminium. Ces anneaux sont fermement assemblés entre eux suivant leurs bords extérieurs supérieurs et inférieurs, par exemple par soudage, des petits tubes de gonflage 4 étant introduits dans le cordon de soudure 3. Les parties de parois ainsi que les éléments de surfaces a des surfaces de parois en regard des tôles de boite ou anneaux coniques 1 et 2, qui ne doivent pas être liés entre eux de façon inamovible, c'est-à-dire les éléments de surfaces a qui se trouvent sous les collerettes annuaires 5, les nervures d'appui 6 et la bride de tuyau 7 à réaliser, sont revêtus avec un produit de démoulage. Par contre, les éléments de surfaces b des surfaces de parois en regard des tôles de boites ou anneaux coniques 1 et 2 sont assemblés solidairement entre eux par soudage par diffusion. Après le soudage par diffusion, un gaz sous pression est insufflé par les petits tubes de gonflage 4, ce qui forme des cavités 8pour les brides annulaires 5, les nervures d'appui 6 et la bride de tuyau 7. Les grandeurs ou volumes respectifs des bosses de la tôle de boite extérieure ou anneau conique 2 sont définis par des moules creux 9 placés à l'extérieur et qui enferment l'élément de construction ou la boite en tôle à réaliser et fixent sa configuration extérieure. La forme intérieure est garantie par un poinçon de moulage approprié. Les cavités 8 sont alors remplies avec une poudre qui peut être constituée avec la même matière que les deux tôles de boite ou anneaux coniques 1 et 2. On réalise ensuite une atmosphère désirée dans les cavités 8 remplies de poudre, cette atmosphère permettant de travailler dans le vide, avec un gaz de protection ou avec un gaz de réaction. Après la fermeture étanche aux gaz des cavités 8, les remplissages en poudre sont comprimés dans la mesure voulue par pressage isostatique à chaud, une liaison géométrique étant réalisée entre la poudre et les tôles de boîtes ou anneaux coniques 1 et 2. Pour fixer la configuration intérieure de l'élément de construction, on introduit un cône d'appui k. Après le pressage et, le cas échéant, un traitement thermique, on effectue un usinage 2D mécanique de l'élément de construction si cela est nécessaire. Comme il ressort des figures 2a à 2g, qui montrent la fabrication d'une aube de turbine, la boite de moulage est essentiellement constituée de quatre tôles de boite 10, 11, 12 et 13 en alliage à base de nickel à haute résistance à chaud, les tôles de boîte extérieures 10 et 13 étant munies d'une couche 14 en une matière résistante à la corrosion. Ces tôles sont planes au début du procédé. Le procédé de fabrication se déroule avec les étapes suivantes: Les éléments de surface b des six surfaces de parIois er. regard des quatre tôles de boites 10 & 13 sont d'abord assemblées entre eux de façon inamovible par soudage par diffusion. Ensuite, de l'air sous pression L est insufflé, par un petit tube 15 qui s'étend vers l'extérieur, entre les éléments de surfaces a, qui ne doivent pas être liés et qui sont préparés à l'avance avec un produit de démoulage, ces éléments de surface faisant partie des surfaces de parois en regard des deux tôles de boîte médianes 11 et 12. Il en résulte que ces éléments de surface a sont écartés contre un premier moule creux 16', 16" à deux côtés ou en deux éléments et qui définit une cavité centrale. Les éléments de surfaces a forment alors eux aussi une cavité centrale 17 qui constitue le conduit de fluide de refroidissement de l'aube de turbine. Ce conduit est ensuite rempli avec une matière de remplissage incompressible F (figure 2a à figure 2d). Ensuite, par des petits tubes 18 et 19 qui s'étendent à l'extérieur, de l'air sous pression L est également insufflé, entre les éléments de surfaces a, qui ne doivent pas être liés, des surfaces de parois en regard de 2,, la première tôle de boite 10 et de la deuxième tôle -de boite 11 ainsi qu'entre les éléments de sufaces a, qui ne doivent pas être liés, des surfaces de parois en regard de la troisième tôle de boite 12 et de la quatrième tôle de boite 13. Il en résulte que les éléments de surface a de la première tôle de boite 10 et les éléments de surface a de la quatrième tôle de boite 13 sont écartés contre un second moule creux 20', 20" qui définit la forme extérieure de l'élément de construction, c'est-à-dire de l'aube de turbine. La matière de remplissage incompressible F est ensuite retirée de la cavité centrale F. Puis, les cavités 21 et 22 formées entre la première et la deuxième tôle de boîte 10, 13 ainsi qu'entre la troisième et la quatrième tôle de boite 12, 13, sont remplies de poudre et fermées de façon étanche aux gaz. La fabrication de l'élément de construction est ensuite terminée par compression isostatique de la poudre à une température appropriée (figure 2e à figure 2a). Dans les exemples de réalisation décrits plus haut on peut effectuer le gonflage des parois de boite en plusieurs étapes. En plus des parois de boite, on peut utiliser comme éléments constituants de la boite de moulage des éléments massifs prémoulés en matière métallique ou non métallique. On peut utiliser une poudre non métallique, notamment une poudre céramique. Les parois individuelles de la boite peuvent être constituées de matières différentes ou de couches de matières différentes. 2u REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer un élément de construction comportant des parties avec des parois d'épaisseurs fortement différentes par pressage isostatique d'une poudre dans une boite de moulage, caractérisé par les étapes suivantes dans lesquelles: a) on pose l'une sur l'autre, au moins deux parois de boite façonnées dans trois dimensions (1, 2; 11, 12; , 11; 12, 13) de manière que leurs surfaces reposent lu l'une sur l'autre dans une première zone élémentaire (b) et qu'elles forment une ou plusieurs cavités (8; 17; 21, 22) dans une deuxième zone élémentaire (a), (b) on lie les parois de boite entre elles de façon inamovible, suivant leur surface dans la première zone élémentaire et le long des bords des cavités dans la deuxième zone élémentaire, c) on remplit les cavités avec une poudre métallurgique compressible, on les dégaze et on les ferme, d) on effectue un pressage isostatique de la boite 2 remplie pour obtenir l'élément de construction terminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on pose l'une sur l'autre au moins deux parois de boite (1,2) façonnées avec des formes conjuguées dans l'espace et on les joint de façon inamovible et étanche aux gaz au moins le long des bords d'une zone élémentaire (a) et on forme les cavités (8) par gonflage à l'intérieur des bords joints de façon étanche aux gaz. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parois de la boite sont des plaques planes au début du procédé. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce qu'on revêt avec un produit de démoulage les parois de la boîte, avant leur liaison, dans la zone des cavités de l'élément de construction devant être remplies avec une poudre. 5. Procédé selon l'une quelconque des revend-cations ] c 4, caractérisé en ce qu'on effectue la jonction des bords des cavités de l'élément de construction devant être remplies avec une poudre par des cordons de soudure, notamment par des cordons de soudure par galets. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'on effectue le gonflage des parois de boite contre des moules creux (9) et/ou des poinçons de moulage (k) de forme appropriée ou donnant la forme de l'élément de construction terminé. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'on effectue le gonflage des parois de boite en plusieurs étapes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les parcis de boîte sont constituées en tôles à haute résistance à chaud, de préférence en alliage à base de Ni. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'en plus des parois de boite, on utilise comme éléments constituants de la boite de moulage des éléments massifs prémoulés en matière plastique ou non- métallique. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la matière de la boite de moulage est du même type que la matière de la poudre à comprimer. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on utilise une poudre non-métallique, notamment une poudre céramique. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les parois J individuelles de la boite sont constituées de matières différentes. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les parois individuelles de la boîte sont constituées de couches de matières différentes. 14. Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 c 13, pour fabriquer une aube de turbine comportant un conduit de refroidissement central, caractérisé par les étapes suivantes dans lesquelles: a) on pose l'une sur l'autre quatre tôles de boîte (10 à 13) ayant sensiblement le même contour et on les assemble suivant leurs bords de façon inamovible, par exemple par soudage par diffusion, b) au moyen d'un petit tube (15) débouchant dans l'intervalle entre les deux tôles de boîte médianes (11, 12), on gonfle la structure de la boite contre un premier moule creux à deux côtés (16', 16") définissant la cavité centrale (17), c) on remplit la cavité centrale ainsi formée (17) avec une matière de remplissage incompressible (F), d) au moyen de petits tubes de remplissage (18, 19), on gonfle les intervalles entre les tôles de boîte (10, 11; 12, 13) dont les surfaces reposent encore l'une sur l'autre, contre un second moule creux à deux côtés (20', ") définissant la forme extérieure de l'aube de turbine, e) on retire la matière de remplissage incompressible (F) de la cavité centrale (17), f) on remplit de poudre les cavités (21, 22) ainsi formées par gonflage entre la première et la deuxième tôle de boîte (10, 11) ainsi qu'entre la troisième et la quatrième tôle de boite (12, 13) et on réalise l'aube de turbine terminée par pressage isostatique de la boîte à température appropriée.