Brevet FR2734187A1 — publié le 19961122

Procédé de fabrication d'aubes monocristallines. La présente invention concerne un procédé de fabrication dans un moule carapace d'aubes coulées monocristallines, de structure cubique à faces centrées. Ce procédé est du type selon lequel on alimente le moule en métal fondu à sa partie supérieure, on opère une solidification dirigée dont le front progresse verticalement de bas en haut, on sélectionne un grain colonnaire unique au moyen d'un dispositif de sélection placé à la partie inférieure du moule et à la sortie duquel on se trouve en présence d'un grain unique d'orientation transversale prédéterminée et de direction EOOl) se confondant avec la verticale. On connaît déjà des procédés de fabrication de pièces monocristallines, notamment par les brevets français 1 481 366 et 2 037 187. Par ailleurs, dans sa demande de brevet français numéro 80.27789 déposée le 30 décembre 1980, la Demanderesse propose un procédé plus particulièrement destiné à la fabrication d'aubes fixes de distributeur de turbines. L'objet de l'invention est de proposer un nouveau procédé du type précité, plus particulièrement adapté à la fabrication en grappe d'aubes mobiles, et conférant aux aubes monocristallines ainsi produites d'excellentes propriétés, ' notamment en ce qui concerne le fluage. Ce but est atteint du fait que l'on dispose les carapaces de façon que l'axe de chaque aube soit orienté selon une direction (111) du cristal sélectionné. L'amélioration des propriétés des aubes concernant le fluage tient au fait qu'il est avantageux que la structure des pièces monocristallines soit orientée dans la direction [111] suivant l'axe de contrainte principale, c'est-à-dire, pour le cas où l'on coule des aubes non vrillées, la direction des génératrices de pale. Mais on sait qu'il est très difficile, voire impossible industriellement, de faire croître un cristal dans cette direction. Le procédé de l'invention permet donc, par une disposition ingénieuse, d'obtenir néanmoins des pièces monocristallines orientées selon l'axe [111]. Avantageusement, on utilise comme dispositif de sélection de grain un dispositif à chicane, et notamment un dispositif tel que celui décrit dans la demande de brevet précitée au nom de la Demanderesse, c'est-à-dire, un dispositif constitué d'une succession de passages rectilignes disposés dans un même plan perpendiculairement les uns aux autres. Avantageusement, on dispose les pièces a mouler en grappe. Avantageusement, on fait croître le grain sélectionné par le dispositif de sélection dans une colonne verticale commune de germination et on fait progresser continûment le front de solidification depuis la colonne verticale jusqu'aux pièces à mouler le long de branches obliques implantées sur la colonne de germination. Avantageusement, on fait croître, à partir de chaque branche oblique, la germination dans une pluralité de pièces disposées parallèlement à la branche. Plus particulièrement, on monte les pièces par paires aux extrémités de barrettes horizontales perpendiculaires aux branches obliques. Avantageusement, on dispose dans une même grappe une pluralité de dispositifs de sélection et de colonnes verticales de germination. Comme le montrera la description ultérieure, une telle disposition permet de couler simultanément un grand nombre d'aubes (une quarantaine). Un avantage de l'invention consiste en ce qu'un examen micrographique approfondi peut révéler par la structure dendritique de l'aube examinée qu'elle a été produite selon le procédé revendiqué. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre de deux modes de réalisation préférés de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente, de face, un premier mode de disposition en grappe des pièces à mouler conformé ment à l'invention - la figure 2 est une vue en plan d'une telle grappe - la figure 3 représente, en perspective schématique, un second mode de disposition d'une grappe de pièces éprouvettes à mouler conformement à l'invention. Afin de simplifier l'illustration, une même figure (1 ou. 2), qui représente en définitive l'interface moule-pièce moulée, est sensée représenter à la fois et le moule et la pièce moulée, en réservant les mêmes désignations aux parties correspondantes de l'un et de l'autre. On voit sur la figure 1 un dispositif 1 de sélection de grain, analogue à celui décrit dans la demande de brevet français précitée, et composé d'au moins deux passages rectilignes perpendiculaires les uns aux autres ; un passage vertical 2, un passage horizontal 3, et éventuellement un autre passage vertical 4 et un autre passage horizontal 5. Le dispositif de sélection 1, parallèle au plan de la figure 1, débouche dans une colonne verticale 6 de distribution de grain. Le front de solidification 7, sensiblement horizontal, progresse de bas en haut selon une technique conventionnelle. Grâce au dispositif à chicane 1, on est assuré d'être en présence, dans la colonne verticale 6, d'un monocristal d'orientation connue et définie par ledit dispositif l'axe E001] du monocristal est parallèle au passage vertical 2, et donc dans 11 axe de la colonne 6, et l'axe ElOO) est dans le plan de la chicane. On peut également développer un monocristal d'orientation donnée à partir d'un germe. Conformément à l'invention, on dispose les pièces à mouler (on reconnaît ici la forme correspondant au moulage d'aubes mobiles 8 : pale 9, plateforme 10 et partie d'ancrage 11) de façon que l'axe 12 de chaque aube soit orienté selon une direction [111] du cristal sélectionné. Les pièces 8 font donc un angle = Arc tg avec la verticale (colonne 6) et un angle / de 450 avec le plan 13 de la chicane (figure 2). Une branche montante oblique 14 permet la progression continue du front de solidification, depuis la colonne verticale 6 jusqu'à la partie inférieure de chaque pièce 8. L'orientation des branches 14 peut être choisie parallèle ou non à celle des pièces 8. C'est en effet l'orientation de la pièce elle-même selon une direction (111] qui est déterminante. Le procédé de l'invention présente sur le plan de la métallurgie un avantage très important. I1 arrive en effet qu'au cours de la solidification dirigée, des grains nouveaux se forment à partir d'un défaut des parois du moule, ou de la présence accidentelle sur ces parois d'un grain de germinant. Dans la méthode proposée, ces grains parasites d'orientation quelconque sont rapidement étouffés par la croissance suivant (001) et (1 00) du grain principal. L'implantation des branches 14 sur la colonne commune 6 répond au critère d'encombrement minimal pour pouvoir disposer le plus de pièces possibles dans une même grappe. On peut les disposer, de la façon représentée en figure 1, un peu comme des bouteilles vides sur un râtelier de séchage, et réparties autour de la colonne 6 suivant les quatre directions (111) du monocristal. Afin d'augmenter encore le nombre de pièces par grappe, on peut monter une pluralité d'aubes par branche 14. La figure 2 représente le cas où l'on a monté pour chaque branche oblique 14 une paire de pièces 8 aux extrémités de barrettes 15 perpendiculaires à l'axe 12 des pièces, lesquelles sont bien orientées selon une direction (111) du cristal. L'alimentation en métal, non représentée sur les figures 1 et 2, se fait par la partie supérieure de la colonne 6. I1 est clair qu'on peut adopter toutes sortes d'autres dispositions que celle montrée en figure 1 et 2, étant entendu qu Ion s'astreint à respecter l'orientation de chaque pièce selon une direction (111) du monocristal et à assurer les conditions nécessaires au développement dans chaque pièce dudit monocristal à partir de la colonne 6 commune de germination. On peut également adopter une disposition de grappe dans laquelle on utilise une pluralité de dispositifs de sélection. Ainsi, la figure 3 représente une grappe de quarante pièces - éprouvettes cylindriques. Régulièrement réparties autour d'une alimentation en métal unique 16 sont cinq colonnes verticales 17 de distribution de grain (seules trois colonnes sont effectivement montrées) dans lesquelles débouchent les extrémités supérieures de cinq dispositifs 18 de sélection de grain (ici, cinq chicanes). A chacune des cinq colonnes 17 correspond un monocristal d'orientation particulière. Sur chaque colonne 17 de distribution de grain sont implantées à quatre niveaux deux rangées verticales de quatre ébauches d'éprouvettes 19 et 20 (les branches obliques 14 ne sont pas montrées), les pièces 19 et 20 de chaque colonne étant orientées suivant deux directions [111] du monocristal sélectionné par le dispositif 18 de sélection de grain de la colonne. Les traces sur un plan horizontal des pièces 19 et 20 sont perpendiculaires entre elles. L'alimentation en métal se fait à partir de l'entrée 16 par des collecteurs obliques 21 conduisant le métal à l'extrémité supérieure de colonnes verticales 22 d'alimentation qui alimentent la partie supérieure de chaque pièce 19,20. Les dispositifs 18 de sélection de grain, bien qu'indépendants les uns des autres, sont orientés régulièrement par rapport à l'alimentation centrale 16 (par exemple dans cinq plans à 72"), de façon à donner à la grappe une allure symétrique autour de son axe vertical 23 assurant à la fois homogénéité et compacité. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication dans un moule carapace d'aubes coulées monocristallines de structure cubique à faces centrées, le procédé étant du type selon lequel on alimente le moule en métal fondu à sa partie supérieure, on opère une solidification dirigée dont le front progresse verticalement de bas en haut, on sélectionne un grain colonnaire unique au moyen d'un dispositif de sélection placé à la partie inférieure du moule et à la sortie duquel on se trouve en présence d'un grain unique d'orientation transversale prédéterminée et de direction (001) se confondant avec la verticale, caractérisé en ce que l'on dispose les carapaces des aubes de façon que l'axe (12) de chaque pièce (8, 19, 20) soit orienté selon une direction (111) du cristal sélectionné. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme dispositif (1, 18) de sélection de grain un dispositif à chicane. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme dispositif (1, 18) de sélection de grain un dispositif à chicane constitué d'une succession de passages rectilignes (2, 3, 4, 5) disposés dans un même plan vertical perpendiculairement les uns aux autres. 4. Procédé de fabrication d'une pluralité d'aubes selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on dispose les pièces (8, 19, 20) à mouler en grappe. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on fait croître le grain sélectionné par le dispositif de sélection (1, 18) dans une colonne (6, 17) verticale commune de germination et on fait progresser continûment le front (7) de solidification depuis la colonne verticale (6, 17) jusqu'aux pièces à mouler (8, 19, 20) le long de branches (14) obliques implantées sur la colonne de germination (6, 17). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on fait croître, à partir de chaque branche oblique (14), la germination dans une pluralité de pièces (8). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on monte les pièces (8) par paires aux extrémités de barrettes horizontales (15) perpendiculaires aux branches obliques (14). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'on dispose dans une même grappe une pluralité de dispositifs de sélection (18) et de colonnes verticales de germination (17).