Brevet FR2622130A1 — publié le 19890428

1.- Dans'la préparation de certains produits, tels que des disques de moteur à réaction, par forgeage de billettes en alliage double ou multiple, il est avanta- geux que la limite entre les deux matériaux soit main- tenue suivant une ligne relativement droite, parallèle à l'axe du disque. Dans la technique antérieure de for- geage de billettes en disques convenables formés d'un matériau en alliage double, l'alliage central pour le disque est disposé dans le centre de la billette et l'alliage extérieur du disque est un élément tubulaire entourant l'alliage central. Le produit de forgeage de l'art antérieur d'une telle billette en alliage double est illustré par les dessins annexés et décrits ci-après. La Figure 1 montre que l'interface obtenue entre les deux alliages présente une forme parabolique, l'alliage central ayant un diamètre beaucoup plus grand à sa hauteur médiane qu'à ses surfaces supérieure et inférieure. Tandis que l'on considérait que le secret pour pouvoir avoir, entre les deux alliages forgés, une interface parallèle à l'axe', était lié au frottement entre les surfaces de la billette et les surfaces de l'outil, l'uti- lisation d'un lubrifiant tel que du nitrure de bore a pour résultat un disque forgé ayant une interface approxi- mativement parabolique telleque montré sur la Figure 1. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 780 553 dé cr i t l'utilisation d'un lubrifiant entre les outils de forgeage et les billettes et de gorges ménagées dans la surface des outils, qui reçoivent un lubrifiant de la surface de la billette pendant qu'elle est forgée et qui permettent d'utiliser le lubrifiant entre les surfaces de l'outil et la billette pendant le processus de for- geage. Cette lubrification ne semble pas résoudre le problème auquel s'adresse la présente invention, car les gorges elles-mêmes peuvent opposer des forces limitatives supplémentaires au mouvement de la billette pendant le processus de forgeage. L'invention concerne une billette à forger perfectionnée, en alliage double, ainsi qu'un procédé perfectionné de forgeage d'une billette en alliage double. La billette est de forme cylindrique, comportant une partie tubulaire extérieure formée d'un alliage et un autre alliage remplissant l'ouverture centrale de la partie tubulaire; les extrémités de la billette peuvent comporter un rebord radial formé de l'alliage tubulaire, s'étendant sur une courte distance vers l'extérieur à chaque extré- mité de la billette, et une jupe partant de l'extrémité extérieure du rebord radial et s'éloignant axialement du corps de la billette pour former une ouverture circulaire à chaque extrémité de la billette, laquelle ouverture présente un diamètre au moins aussi grand que le diamètre extérieur de la partie tubulaire extérieure, et un moyen perfectionné de lubrification comprenant une structure en sandwich disposée dans chacune des ouvertures circulaires et comportant plusieurs couches de lubrifiant en poudre, avantageusement un lubrifiant formé de nitrure de bore, séparées par plusieurs couches formées d'une mince feuille, de préférence une mince feuille de nickel de haute pureté. Le procédé comprend les étapes qui consistent à forger une billette telle que décrite ci-dessus en un disque ayant une interface qui est sensiblement droite et globalement parallèle à l'axe du disque. Les étapes du procédé perfec- tionné consistent à placer la billette entre les outils ou matrices, à assurer une lubrification suffisante de la billette pour lubrifier entre les surfaces des matrices et la billette afin de produire le disque souhaité en alliage double, et à déplacer les matrices suffisamment pour comprimer la billette en formant le produit forgé souhaité. Un objet de l'invention est de proposer un pro- cédé perfectionné de forgeage d'un alliage double, destiné à forger une billette en un disque de manière que l'inter- face des deux alliages soit sensiblement droit et sensible- ment parallèle à l'axe du disque. Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé perfectionné de forgeage dans lequel le frot- tement entre les surfaces des outils et la billette est notablement réduit. Un autre objet est de proposer une billette perfectionnée à forger en alliage double, possédant des moyens perfectionnés de lubrification afin que le frotte- ment entre la billette et les surfaces des outils de for- geage soit notablement réduit pendant le forgeage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquel: la Figure 1 est une coupe tranversale d'un disque forgé en alliage double de l'art antérieur, montrant la position des alliages et leur interface; la Figure 2 est une vue en coupe d'un disque forgé en alliage double selon l'invention; la Figure 3 est une coupe axiale de la billette perfectionnée à forger en alliage double selon l'invention; la Figure 4 est une coupe axiale détaillée d'une partie de la billette à forger en alliage double montrée sur la Figure 3, illustrant les positions relatives des deux alliages et les moyens de lubrification selon l'in- vention; et la Figure 5 est un graphique montrant des déforma- tions de surface sur des disques forgés lorsque l'on uti- lise les moyens perfectionnés de lubification de l'in- vention; et la Figure 6 est une représentation schématique du forgeage de la billette perfectionnée selon l'invention. Comme mentionné, la Figure 1 illustre l'art antérieur sous la forme d'un disque forgé 10 qui a été forgé avec utilisation d'un lubrifiant au nitrure de bore entre la surface des outils et les extrémités de la bil- lette en alliage double. Le disque 10 comprend un alliage extérieur 12 et un alliage central 14. L'interface 16 entre les deux alliages 12 et 14 se présente sous la forme de courbes approximativement paraboliques dont le diamètre augmente lorsque l'on s'approche de la hauteur médiane du disque à partir de chaque côté. Ce disque ne donne pas satisfaction dans la fabrication de pièces en alliage double tels que des disques de moteur à réaction. Le disque 18 montré sur la Figure 2 et illus- trant le disque perfectionné de la présente invention comprend un alliage intérieur 20, un alliage extérieur 22 et une interface 24 qui s'étend sensiblement en ligne droite, laquelle est sensiblement parallèle à l'axe du disque 18. Ainsi, le disque 18 constitue un disque en alliage double à partir duquel des pièces de moteur à réaction peuvent être usinées, les alliages étant placés sensiblement dans la disposition souhaitée l'un par rap- port à l'autre pour la fabrication de telles pièces. Le disque 18 est produit à partir d'une billette 26 qui est représentée sur les Figures 3 et 4. La billette 26 est une billette en alliage double ayant un noyau cylindrique intérieur 28 formé d'un alliage et un élément tubulaire 30 ehtourant étroitement le noyau 28. La billette 26 comprend des rebords radiaux 32 et 34 à ses extrémités respectives, qui aboutissent dans des collerettes 36 et 38 s'étendant axialement vers l'ex- térieur à_partir du corps 40 de la billette 26. Les colle- rettes 36 et 38 forment donc des évidements 42 et 44 à chaque extrémité de la billette 26, le diamètre intérieur des évidements 42 et 44 étant au moins aussi grand ou plus grand que le diamètre extérieur de l'élément tubulaire 30. Un lubrifiant perfectionné 46, conforme à l'invention, est disposé à l'intérieur des évidements 42 et 44 et réduit notablement le frottement de la billette 26 contre les outils 48 et 50 de la machine à forger 52 (nmontrée sur la Figure 6). La lubrification est réalisée par des couches alternées d'un lubrifiant 54 en poudre et d'une mince feuille 56 comme on peut mieux le voir sur la Figure 4. Le lubrifiant 54 en poudre est avantageusement une fine poudre lubrifiante telle que du nitrure de bore, et la mince feuille est avantageusement une mince feuille de nickel de haute pureté. Un ensemble lubrifiant 46 est placé à chaque extrémité de la billette 26 et est main- tenu en position par la forme en coupelle des évidements 42 et 44, mais, si une retenue supplémentaire est néces- saire, ou bien si les évidements ne sont pas utilisés, on peut faire appel alors à certains moyens de fixation tels qu'un soudage par points de chaque couche formée de la mince feuille 56. Les étapes du procédé perfectionné consistent à placer la billette en alliage double entre les outils de la presse à forger comme montré sur la Figure 6, à établir le frottement réduit comme décrit ici, et à déplacer les outils pour forger la billette afin de former le produit forgé souhaité. L'ensemble lubrifiant 46 selon l'invention réduit le frottement entre la billette 26 et les outils 48 et 50, suffisamment pour que le forgeage de la billette 26 produise, avec l'ensemble lubrifiant 46, le disque forgé 18 qui présente les positions relatives souhaitées de l'alliage intérieur 20 et de l'alliage extérieur 22 comme montré sur la Figure 2. On a procédé à des essais sur le frottement développé pendant le forgeage de billettes en alliage simple possédant la structure en sandwich de lubrification perfectionnée conforme à l'invention. On a réalisé de fines gorges concentriques dans les surfaces supérieure et inférieure de ces billettes pour contrôler le frot- tement entre l'outil et la billette lors du forgeage. La Figure 5 illustre des résultats relevés sur des pièces forgées en utilisant de telles billettes. Les déformations des surfaces supérieure et inférieure des billettes forgées (calculées à partir de la croissance du diamètre des fines gorges) ont été utilisées comme mesure de frottement. Les lignes mixtes montrent ce que les déformations de surface théoriques devraient être pour chaque pièce forgée si le frottement des surfaces de contact outil-billette était nul (environ 58%). Les cercles représentent les déformations de la surface supérieure, dont la moyenne est de 45,7%, avec un écart-type d'environ 6%. Les triangles représentent les déformations de la surface inférieure, dont la moyenne est de 42,32 %, avec un écart-type similaire. Les données ont montré une efficacité moyenne de 75,6% à réduire les frottements des surfaces de contact outilbillette. Les zones hachurées, déformations de 0 à 15%, indiquent la gamme de déformations de surface estimées pour le forgeage d'une billette en n'utilisant que la lubrification au nitrure de bore de l'art antérieur. Plus habituellement, des déformations de 5-8% sont obtenues (efficacité d'en- viron 15%). Il va de soi que de nombreuses modifications Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la billette et au procédé décrits et- représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Billette à forger en alliage double, carac- térisée en ce qu'elle comprend un corps ayant un noyau central (28) formé d'une matière (20) et une partie tubu- laire (30) formée d'une autre matière (22), entourant étroitement le noyau central, et un moyen (46) de lubrifi- cation placé à chaque extrémité du corps et comprenant une structure en sandwich formé-de plusieurs couches d'un lubrifiant (54) en poudre, séparées par des couches (56) formées d'une mince feuille. 2. Billette à forger selon la revendication 1, caractérisée en ce que le lubrifiant comprend du nitrure de bore en poudre (54), et la mince feuille comprend une mince feuille (56) de nickel de haute pureté. 3. Billette à forger selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens destinés à fixer les moyens de lubrification au corDs. 4. Billette à forger selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de fixation comprennent des évidements (42,44) en forme de coupelle, formés aux deux extrémités de la billette et dans lesquels sont logés les moyens de lubrification. 5. Billette à forger en alliage double, carac- térisée en ce qu'elle comporte un corps ayant un noyau central (28) formé d'un alliage (20) et un élément tubulaire (30) qui entoure le noyau et qui est formé d'un autre alliage (22), et des moyens (46) de lubrification fixés aux extré- mités du corps et apportant un accroissement de la défor- mation de surface de la billette, laquelle déformation est en moyenne d'environ 75% de la déformation de surface prévue pour un frottement nul. 6. Procédé de production d'une pièce forgée à partir d'une billette en alliage double, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une billette (26), comportant un noyau (28) formé d'un alliage (20) et un élément tubu- laire (30), entourant le noyau et formé d'un autre alliage (22), entre des outils (48,50) d'une machine à forger (52) de manière que l'axe de la billette soit aligné avec la direction du mouvement de l'outil mobile, à lubrifier les surfaces de la billette qui sont en contact avec les sur- faces des outils, suffisamment pour que la structure forgée résultante présente une interface (24) entre les deux alliages qui est sensiblement droite et parallèle à l'axe de la structure forgée, et à déplacer les outils suffisamment pour comprimer la billette afin qu'elle forme le produit forgé souhaité (18). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étapede lubrification consiste à placer des couches alternées formées d'une mince feuille (56) de métal et d'un lubrifiant (54) en poudre entre les extrémités de la billette et les surfaces des outils en contact avec la billette. 8. Procédé de production d'une pièce forgée à partir d'une billette en alliage double, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une billette (26), comportant un noyau (28) formé d'un alliage (20) et un élément tubulaire (30) entourant le noyau et formé d'un autre alliage (22) , entre des outils (48,50) d'une presse (52) à forger de manière que l'axe de la billette soit aligné avec la direction du mouvement de l'outil mobile, à réduire le frottement entre les surfaces en contact de la billette et des outils, suffisamment pour provoquer un accroissement de la déformation de surface de la billette, laquelle déformation est en moyenne d'environ 75% de la réduction de déformation prévue de la surface à frottement nul, et à déplacer les outils suffisamment pour comprimer la bil- lette afin qu'elle forme le produit forgé souhaité (18).