Brevet FR2716398A1 — publié le 19950825

La présente invention est relative à la fabrication d'un élément d'enceinte. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un élément d'enceinte destinée à contenir et à permettre l'écoulement d'un fluide à haute température, par exemple des compresseurs, des turbocompresseurs, des centrifugeurs destinées à la fabrication de fibres minérales notamment de laine de verre ou de roche, ou des turbines aéronautiques ou aérospatiales (voir articles "Laser drilling holes at an angle" de la revue "Metalworking Production", rubrique: "Technology show case" septembre 1993). Les superalliages (voir FR-A-2 534 167) sont particulièrement avantageux pour réaliser des pièces métalliques devant résister à l'usure et à la corrosion provoquées par l'écoulement d'un liquide à haute température. Les superalliages sont des alliages renforcés par précipitation de particules de carbures ou analogues et sont principalement des alliages à base de nickel, de cobalt, de fer ou de fer-nickel. Dans la technique classique les pièces sont moulées à la forme voulue car il est extrêmement complexe de former des pièces en de tels alliages. En effet, les superalliages ne peuvent pas se plier à froid, donc il est nécessaire de travailler à la température plastique et ceci de manière constante. Il n'est pas possible d'utiliser des matériaux élastomères pour la mise en forme des pièces en raison de la température. De plus, les techniques de mise en forme sous pression de gaz posent le problème de complexité des réalisations d'outillage. En outre il faut éviter les problèmes d'échauffement locaux dus à l'interface poinçon- pièce-matrice et dus à la déformation de la pièce. Il faut de plus, qu'après le formage des pièces et traitement éventuel, la structure et la taille des grains de métal soient telles que la pièce présente les caractéristiques mécaniques voulues. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes: - l'enduisage d'un flan en alliage métallique réfractaire par une colle à base d'un matériau minéral tel que du verre, - dépot sur le flan d'au moins une pellicule de matériau minéral comme du verre adaptée au matériau et à la température de plasticité du flan, - chauffage du flan jusqu'a la température plastique, - premier formage du flan par un emboutissage formant la chambre de l'enceinte, - deuxième formage formant des rabats internes ou externes par emboutissage de l'extrémité de la chambre, refroidissement de la pièce, - traitement thermique. Dans ce procédé la pièce a subi un corroyage soit par rétreint, soit pas épaississement et, suite au traitement thermique, présente une bonne austénitisation ou une bonne recristallisation reproductibles sur les différentes pièces d'une production en série. Suivant d'autres caractéristiques: - le flan est réalisé en un alliage renforcé par dispersion d'oxydes; - le flan est réalisé en métal obtenu par métallurgie des poudres, par atomisation des poudres suivie d'un forgeage; - le flan est réalisé par fusion de l'alliage puis affinage en particulier sous vide suivi d'un laminage; - le flan est grenaillé préalablement a l'enduisage et/ou l'étape de dépÈt de pellicule de verre est suivie d'une étape d'étuvage; - la colle à base de verre est constituée d'au moins un verre, une céramique, d'un liant et de l'eau; L'étape consistant en un premier formage est suivie des étapes suivantes: * refroidissement, * usinage de la périphérie de la pièce obtenue par formage du flan pour obtenir une extrémité reguliere, * chauffage de la pièce jusqu'à la température plastique, après le refroidissement suivant le deuxième formage: * troisième formage pour augmenter l'angle du rabat, * refroidissement, * grenaillage, suivi du traitement thermique, - l'étape de chauffage du flan se fait dans un four. L'outillage est préchauffé pour permettre le thermoformage à la sortie du flan du four. On fournira maintenant un exemple de mise en oeuvre de l'invention appliquée à la fabrication d'une chambre de turbine aéronautique ou d'un centrifugeur de fabrication de laine de verre. Dans cet exemple, le flan de départ sera un disque découpé au plasma dans un premier temps, ceci dans une tôle en alliage renforcé par dispersion d'oxyde à matrice superalliage base nickel et à base d'alliage d'aluminium. L'épaisseur du flan de départ sera comprise entre 9 et 9.8 mm. Pour la détermination du diamètre du flan de départ, on considère que globalement l'épaisseur reste constante au cours du formage. On peut donc écrire que l'aire du flan de départ est égale à l'aire totale de la pièce terminée. Les dimensions sont mesurées à la fibre neutre de la piece. Le flan est sablé, suivi d'un enduisage par une colle liquide constituée d'un verre, d'une céramique, d'un liant et d'eau comprenant (en proportions pondérales) : - fondant non plombeux 40 à 76 % - oxyde basique 35 à 45 % - oxyde amphotère 2 à 13 % - minéral 1 à 7 % - liquide 0 à 15 % - liant 3 à 15 % Ensuite, on dépose une ou plusieurs couches de composant sous forme de mat, de tissé de verre ou de toile céramique pour former un matériau de verre isolant auto- recuit qui forme un revêtement de toute la surface du flan. Ce revêtement est adapté au matériau du flan et, à sa température de formage, deviendra pâteux. Ensuite le flan revêtu est étuvé à une température de 80 C pendant un quart d'heure. Puis le flan est stocké. On chauffe le flan à la température plastique à atmosphère ambiante. On préchauffe le poinçon de thermoformage à la température de 400 C, on sort le flan du four pour le placer sous l'outillage, puis on réalise la première opération de formage par descente du poinçon au centre du flan, ce qui forme la cavité délimitant la chambre. La pièce formée est refroidie, puis usinée pour atténuer les plis de la circonférence externe. La pièce est de nouveau chauffée à la température plastique suivi d'un formage de rabat de l'extrémité ouverte de la pièce vers l'extérieur. La piece est refroidie, puis grenaillée. Enfin, un traitement thermique de détente libère les contraintes internes de la pièce et recristallise le métal. Cette invention permet la mise en forme d'alliages métalliques ne provenant pas des techniques fonderies de façon a répondre à des critères d'utilisation particulièrement sévères. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un élément d'enceinte destinée à contenir et à permettre l'écoulement d'un fluide à une température supérieure à 850 C comprenant les étapes suivantes: - enduisage d'un flan en alliage métallique réfractaire par une colle à base d'un matériau minéral notamment du verre, - dépôt sur le flan d'au moins une pellicule de matériau minéral tel que du verre adapté au matériau et à la température de plasticité du flan, - chauffage du flan jusqu'a la température plastique, - premier formage du flan par un emboutissage formant la chambre de l'enceinte, - deuxième formage formant des rabats internes ou externe par emboutissage de l'extrémité de la chambre, - refroidissement de la pièce - traitement thermique. 2.- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le flan est réalisé en un alliage renforcé par dispersion d'oxyde. 3.- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le flan est réalisé en métal obtenu par métallurgie des poudres, par atomisation des poudres suivie d'un forgeage. 4.- Procédé suivant la revendication 1, dans lequel le flan est réalisé par fusion de l'alliage puis affinage, en particulier sous vide suivi d'un laminage. 5.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le flan est grenaillé préalablement à l'enduisage et/ou l'étape de dépôt de pellicule de verre est suivie d'une étape d'étuvage. 6.- Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la colle à base de verre est constituée d'au moins un verre, une céramique, d'un liant et de l'eau. 7.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape consistant en un premier formage est suivie des étapes suivantes: - refroidissement, - usinage de la périphérie de la pièce obtenue par formage du flan pour obtenir une extrémité régulière, - chauffage de la pièce jusqu'à la température plastique, apres refroidissement suivant le deuxième formage, - troisième formage pour augmenter l'angle du rabat, refroidissement, - grenaillage, suivi du traitement thermique. 8.- Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape de chauffage du flan se fait dans un four et est suivi d'un préchauffage de l'outillage de thermoformage, d'une sortie du flan du four et d'un grenaillage.