Brevet FR2734189A1 — publié le 19961122

DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif de sélection d'un grain de cristallisation utilisé dans un procédé de fabrication par fonderie de pièces monocristallines, notamment des aubes pour turbomachine en superalliage. Selon ce procédé, d'un type connu en soi, on alimente le moule en métal fondu à sa partie supérieure et on opère une solidification dirigée dont le front progresse verticalement de bas en haut, à partir d'une sole refroidie. Pour obtenir des pièces monocristallines, un dispositif de sélection placé à la partie inférieure du moule permet de sélectionner à sa sortie un grain de cristal unique. FR-A-1 481 366 et FR-A-2 037 187 décrivent par exemple des procédés de fabrication par fonderie de ce type, pour des pièces monocristallines. Pour obtenir une orientation cristallographique déterminée sur la pièce on connaît également une technique d'élaboration dite à partir d'un germe-cristal constitué d'un fragment solide qui présente les orientations recherchées. Ces techniques peuvent toutefois être de mise en oeuvre délicate pour certaines applications. Diverses formes de sélecteurs de grains ont également été utilisées. On connaît ainsi un sélecteur à chicanes hélicoidales et EP-A-O 105 823 décrit un exemple de sélecteur de ce type. GB-A-2 030 233 mentionne un sélecteur présentant plusieurs angles droits. Ces solutions connues n'ont pas toutefois donné entière satisfaction. L'invention vise à proposer un nouveau dispositif de sélection de grains qui réponde à plusieurs critères - le grain colonnaire unique sélectionné à la sortie du sélecteur et développé dans la pièce monocristalline doit être le plus proche de la direction cristallogra phique F0013 coïncidant avec un axe choisi de la pièce et les directions secondaires répondant également à des axes déterminés - à chaque coulée, un taux de succès suffisant assurant des pièces bonnes doit être obtenu, indépendamment de variations admissibles dans les paramètres de mise en oeuvre, tels que notamment, température du moule, température de coulée, nature et volume de la pièce et lors d'une coulée en grappes, indépendance de la position de la pièce dans la grappe ou de la géométrie de la grappe - réduction de l'encombrement du sélecteur et notamment de sa hauteur. Un dispositif de sélection répondant à ces conditions et comportant un pion de base et un sélecteur de type bidimensionnel à chicanes dont tous les éléments forment une succession de barres rectilignes présentant un plan médian de symétrie qui est commun est caractérisé en ce que ledit sélecteur comporte au moins une barre orientée selon un angle compris entre 95 et 135 degrés par rapport à chacune des barres qui la prolongent à ses extrémités. Avantageusement, le sélecteur comporte une première barre verticale reliée au pion de base, suivie d'une deuxième barre qui est oblique, orientée à 120 degrés par rapport à la première et qui est suivie d'une troisième barre qui est verticale et suivie d'une quatrième barre, également oblique et orientée à 120 degrés par rapport à la troisième, l'extrémité de ladite quatrième barre venant se placer dans le prolongement de la première barre verticale et suivie d'une cinquième barre verticale de sortie du sélecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un dispositif de sélection de grains antérieur à l'invention ; - la figure 2 représente selon une vue en perspective analogue à celle de la figure 1, un dispositif de sélection de grains adapté pour la fonderie monocris talline et selon un mode de réalisation conforme à l'invention. I1 est connu pour des applications en fonderie monocristalline, notamment dans la fabrication d'aubes de turbine, d'utiliser un dispositif de sélection de grains d'un type représenté sur la figure 1. Ledit dispositif comporte un pion 1 de base disposé sur une sole 2 de four. Ce four dans lequel est placé un moule alimenté en métal fondu à sa partie supérieure comporte toutes les dispositions connues en soi pour la réalisation de ce type d'opération. Le four n'a pas été représenté sur les dessins et n'a pas besoin d'être décrit plus en détail il comporte notamment des moyens de chauffage et des moyens d'imposer des gradients thermiques déterminés le long d'une direction privilégiée de solidification du métal fondu, notamment une sole refroidie. Au contact de ladite sole 2 refroidie, des grains colonnaires de cristallisation suivant la direction 001 se forment dans ledit pion 1. Le pion 1 est surmonté d'un sélecteur 3 de grains.La sole 2 étant considérée horizontale et la direction de solidification perpendiculaire à ladite sole étant verticale, le sélecteur 3 de grains comporte des éléments sous forme de barres rectilignes ayant tous un plan médian de symétrie commun. Ces éléments sont disposés de manière à former des chicanes et comprennent ainsi une première barre verticale 4 au-dessus du pion 1, suivie d'une deuxième barre horizontale 5, suivie d'une troisième barre verticale 6, suivie d'une quatrième barre horizontale 7 qui se trouve placée au-dessus de la deuxième barre et une cinquième barre 8 verticale, située dans le prolongement de la première barre 4,constitue la sortie du sélecteur et se raccorde sur le moule proprement dit.Le sélecteur 3 en imposant un chemin particulier au cours de leur croissance aux grains colonnaires issus du pion 1 permet d'aboutir à la sortie à un grain unique qui se dilate ensuite à la forme de la pièce monocristalline voulue dans le moule. Toutefois cette solution connue a conduit à des résultats que l'invention vise à améliorer, concernant notamment une réduction des taux d'échecs dans la sélection d'une orientation transversale prédéterminée et de direction Cools se confondant avec la verticale et une sensibilité moins importante à des variations de paramètres de 1 'opération. Le dispositif de sélection de grains représenté sur la figure 2 montrant un exemple de sélecteur conforme à un mode de réalisation de l'invention permet d'obtenir de tels résultats améliorés. Le pion 10 de base est similaire au précédent représenté sur la figure 1. On conserve également le principe d'un sélecteur 30 de grains comportant des éléments sous forme de barres rectilignes ayant tous un plan médian de symétrie commun. Par contre et de manière remarquable, conforme à l'invention, une première barre verticale 34 au-dessus du pion 10 est suivie d'une deuxième barre 35 qui est inclinée sur l'horizontale d'un angle a qui est compris entre 5 et 45 degrés, la valeur préférée de l'angle a représentée sur la figure 2 étant de 30 degrés de manière que les axes médians des barres 34 et 35 situés dans un même plan font entre eux un angle de 120 degrés.La troisième barre suivante 36 est à nouveau verticale et la quatrième barre suivante 37 est également inclinée sur l'horizontale d'un angle b qui, comme précédemment pour la deuxième barre 35, est compris entre 5 et 45 degrés, la valeur préférée de l'angle b restant de 30 degrés de manière que les axes médians des barres 36 et 37 toujours situés dans un même plan font entre eux un angle de 120 degrés. La cinquième barre 38 de sortie du sélecteur 30 qui se raccorde au moule 39 de coulée de pièce monocristalline est à nouveau verticale et située dans le prolongement de la première barre 34. Le dispositif de sélection est entièrement entouré, d'une manière connue en soi, d'une carapace 40 en matériau thermiquement isolant et résistant aux hautes températures de type céramique. Les paramètres de dimensionnement du sélecteur de grains conforme à l'invention sont déterminés en fonction des dimensions du four utilisé et des pièces à obtenir et en fonction des gradients thermiques résultant des conditions de mise en oeuvre de la coulée des pièces. Le pion 1 de base, de forme préférée cylindrique présente ainsi un diamètre D choisi de manière à favoriser le nombre de grains tandis que les barres du sélecteur présentent une section identique, de forme préférée rectangulaire de côtés e et f de manière à limiter le nombre de grains et à limiter les effets de bord.La présence des angles a et b pour les barres non horizontales 35 et 37 permet d'éviter une détérioration du sélecteur par affaissement de ces barres et apparition en cours d'utilisation d'un angle inférieur à 90 degrés entre lesdites barres 35 et 37 et les barres verticales associées respectivement. La disposition non horizontale desdites barres 35 et 37 permet, notamment et de manière remarquable conforme à l'invention, d'éliminer des grains issus du pion 1 dont l'orientation cristallographique n'est pas satisfaisante et d'assurer ainsi une qualité améliorée du grain unique obtenu à la sortie du sélecteur. La longueur desdites barres 35 et 37 est par ailleurs déterminée de manière à contrôler le gradient thermique. Pour une application particulière, les paramètres suivants de dimensionnement du dispositif de sélection conforme à l'invention représenté sur la figure 2 ont ainsi été obtenus, exprimés en millimètres : D = 15 à 20 ; H1 = 10 à 15 (hauteur du pion) H2 = 10 à 15 (hauteur de la première et de la troisième barres) g = 25 à 30 (longueur horizontale) , e = f = 4 à 5 i = 5 (hauteur de sortie), H = 60 à 70 (hauteur totale) a = b = 30 degrés. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sélection d'un grain de cristallisation d'orientation transversale prédéterminée et de direction g0010 se confondant avec la verticale, destiné à la fabrication par fonderie de pièces monocristallines comportant un pion (10) de base et un sélecteur (30) de type bidimensionnel à chicanes dont tous les éléments formant une succession de barres rectilignes présentent un plan médian de symétrie qui est commun caractérisé en ce que ledit sélecteur (30) comporte au moins une barre (35) orientée selon un angle compris entre 95 et 135 degrés par rapport à chacune des barres (34, 36) qui la prolongent à ses extrémités. 2. Dispositif de sélection selon la revendication 1 dans lequel ledit sélecteur (30) comporte une première barre (34) reliée au pion de base (10) et qui est verticale, suivie d'une deuxième barre (35) qui est oblique, orientée à 120 degrés par rapport à la première (34) et qui est suivie d'une troisième barre (36) qui est verticale et suivie d'une quatrième barre (37), également oblique et orientée à 120 degrés par rapport à la troisième (36), l'extrémité de ladite quatrième barre (37) venant se placer dans le prolongement de la première barre (34) verticale et suivie d'une cinquième barre (38) verticale de sortie du sélecteur.