Brevet FR2916992A1 — publié le 20081212

La présente invention concerne un outillage utilisé lors d'un procédé de formage superplastique. II est connu notamment dans le domaine aéronautique, mais aussi dans le domaine automobile, du génie civil, ferroviaire, etc., de réaliser certaines pièces métalliques avec un procédé de formage superplastique. Ce procédé est basé sur la capacité de certains alliages, par exemple de titane, à supporter une déformation importante. Ces alliages, appelés par la suite alliages superplastiques, peuvent atteindre des allongements allant parfois au-delà de 1000% sous certaines conditions de température, de pression et de déformation alors que les alliages classiques se déforment généralement uniquement de l'ordre de 20%. Pour réaliser une pièce avec un alliage superplastique, un procédé de formage connu de l'homme du métier prévoit qu'une tôle est pincée entre une cuve et un couvercle. Cet ensemble est maintenu étanche par pression mécanique. En exerçant alors une pression, par mise sous pression d'un espace se trouvant entre le couvercle et la tôle, la tôle se déforme pour venir épouser une forme réalisée dans la cuve. La pression et la température (de l'ordre de 900 C pour des alliages de titane) doivent être parfaitement maîtrisées lors du procédé de formage. Comme on peut le constater, les outils de formage sont soumis à de fortes contraintes lors de la mise en oeuvre du procédé de formage superplastique. Ces outils sont réalisés dans des matériaux réfractaires, tels par exemple des alliages métalliques réfractaires ou bien des bétons géopolymères réfractaires ou bien encore des céramiques monolithiques. Les alliages métalliques réfractaires présentent plusieurs inconvénients. Tout d'abord ils sont très lourds. Leur prix de revient est également élevé. Les outils réalisés dans de tels alliages demandent également un long délai de réalisation. Lors de l'utilisation des outils métalliques, on remarque que ceux-ci s'oxydent et présentent une tendance à l'écaillage et à la fissuration. Les bétons géopolymères et les céramiques monolithiques résolvent certains de ces problèmes. Ils sont moins lourds et permettent de réaliser un outil plus rapidement. Toutefois, ils ont un prix de revient qui reste élevé et, comme les alliages métalliques, ils présentent un fluage à haute température. Pour les bétons géopolymères, des problèmes de compatibilité physico- 2 chimique avec les alliages formés dans l'outil peuvent se présenter et conduire à des problèmes de collage de la pièce formée avec l'outil. Ces bétons sont également difficiles à mettre en oeuvre. Ils utilisent des précurseurs très corrosifs et peu de matériaux peuvent être utilisés pour les moules dans lesquels ces bétons sont coulés. Enfin, un problème important pour les bétons géopolymères est le risque de rupture de ceux-ci lors de la mise en oeuvre du procédé de formage superplastique. L'outil en béton géopolymère est alors soumis à des contraintes importantes qui peuvent conduire à la rupture de l'outil. La présente invention a alors pour but de fournir un matériau pour la réalisation d'outillages utilisés pour le formage superplastique de pièces qui présente un prix de revient inférieur aux matériaux connus utilisés tout en assurant une bonne résistance à la rupture. À cet effet, elle propose un outil pour la mise en oeuvre d'un procédé de formage superplastique, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un béton réfractaire comportant des agrégats liés à l'aide d'un liant hydraulique et renforcé de fibres métalliques. Un tel outil présente une bonne résistance aux chocs thermiques et avec une contrainte maximale de rupture augmentée par rapport aux outillages de l'art antérieur en béton géopolymère. Par rapport aux outils connus, en alliage métallique ou en béton géopolymère, un outil selon l'invention présente un prix de revient sensiblement inférieur. Dans un tel outil, les agrégats utilisés sont par exemple choisis dans l'ensemble comportant la bauxite, la mullite, l'andalousite, la chamotte, l'alumine tabulaire, le carbure de silicium et/ou le corindon. Le béton utilisé peut également être un béton à base de carbure, de carbone ou de graphite. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, les agrégats présentent une taille comprise entre 1 et 20 mm. Dans un outil selon l'invention, le liant utilisé peut être un ciment réfractaire à haute teneur en alumine. On considère par exemple ici des ciments comportant de préférence une teneur en alumine supérieure à 65%. La teneur en poids de ciment, par rapport au poids total de l'outil, est quant à elle de préférence inférieure à 10%. On peut ainsi envisager ici d'avoir un béton réfractaire à liant 3 hydraulique à basse teneur en ciment (entre 2 et 10% de ciment), voire même un béton réfractaire à liant hydraulique à ultra basse teneur en ciment (inférieure à 2 /0). Pour améliorer les performances de l'outil, le béton réfractaire à liant hydraulique peut contenir en outre comme additif des fibres polymères. Dans un tel outil de formage superplastique, les fibres utilisées sont de préférence des fibres en acier inoxydable. Celles-ci permettent un bon renfort du béton réfractaire à liant hydraulique tout au long de la vie de l'outil. Pour un meilleur renfort du béton, les fibres sont choisies de préférence dans l'ensemble des fibres droites avec crochet, des fibres plates et/ou des fibres en forme de gouttière. Leur longueur est par exemple comprise entre 5 et 100 mm tandis que leur diamètre est avantageusement inférieur à 2 mm afin de ne pas risquer d'endommager le béton réfractaire à liant hydraulique au moment de sa cuisson ou lors de son utilisation à haute température. La fraction volumique des fibres dans le béton réfractaire à liant hydraulique est par exemple comprise entre 0,2 et 3%. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, décrivant un mode de réalisation préféré et des variantes. La description ci-dessous concerne la réalisation d'un outillage pour la mise en oeuvre d'un procédé de formage superplastique. De façon originale, cet outillage est réalisé dans un béton réfractaire à liant hydraulique renforcé de fibres métalliques. Le béton réfractaire utilisé pour la réalisation de cet outillage est un béton réfractaire à base d'oxydes du système silice-alumine. Il peut également s'agir d'un béton réfractaire à base de carbure, ou bien à base de carbone ou bien à base de graphite. Ce béton réfractaire à liant hydraulique est constitué d'agrégats, d'additifs, d'un système de liaison et de porosités. Dans une forme de réalisation préférée, les agrégats sont des oxydes sous forme cristallisée ou amorphe. Ils constituent de préférence plus de 70% en poids (par rapport au poids final du béton) de la composition du béton. Les agrégats peuvent être notamment de la bauxite, de la mullite, de l'andalousite, de la chamotte, de l'alumine tabulaire, du carbure de silicium ou du corindon. II peut également s'agir d'un mélange de deux ou plusieurs de ces matériaux. La taille maximale des agrégats est par exemple comprise entre 1 et 20 mm. Comme déjà mentionné plus haut, la liaison du béton utilisé pour un outillage selon l'invention est de type hydraulique. Cette liaison est assurée par l'hydratation d'un ciment réfractaire à haute teneur en alumine (supérieure à 65%) mélangé aux agrégats. Le béton réfractaire à liant hydraulique réalisé pour la fabrication d'un outillage selon l'invention a de préférence une basse teneur en ciment (de 2 à 10% du poids total du béton fini). Il peut également être envisagé d'avoir un béton réfractaire à liant hydraulique avec une ultra basse teneur en ciment (inférieure à 2%). De manière connue, des additifs peuvent également être rajoutés dans la composition du béton. Il peut s'agir d'additifs tels des solvants, des liants (autres que les ciments), des plastifiants ou des lubrifiants organiques. L'ajout d'additifs de ce type permet notamment d'améliorer le comportement rhéologique du béton réfractaire à liant hydraulique lors de l'étape de malaxage et de l'étape de coulage évoquées plus loin. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, un additif commercialisé sous la marque Darvan 7 peut être utilisé ici. Des fibres polymères peuvent également être ajoutées pour faciliter l'évacuation des différentes formes d'eau contenues dans le matériau durant les étapes de séchage et de cuisson évoquées ci-après. L'outillage de formage superplastique selon l'invention est renforcé de fibres métalliques à introduire dans le béton réfractaire à liant hydraulique. Ces fibres sont de préférence en acier inoxydable. Il peut s'agir d'un acier comportant au moins 12,5% de chrome (Cr), éventuellement du nickel (Ni), par exemple de 8 à 15 %. II peut aussi contenir du molybdène (Mo) dans des proportions allant de 0,2 à 2,5%. L'acier pour réaliser ces fibres est ainsi par exemple un acier présentant une nuance choisie dans l'ensemble comprenant les nuances 430, 446, 304, 310, 330, 316, 316L et 321 de la norme AISI (pour American Iron and Steel Institute, soit institut américain du fer et de l'acier). Les fibres utilisées peuvent être mises en forme à partir de fil d'acier tréfilé ou bien par extraction de l'alliage liquide. Leur forme peut être droite avec crochet, plates ou encore en forme de gouttière. Éventuellement, ces fibres peuvent aussi être droites mais plus la forme est complexe, plus leur apport sur les performances du béton réfractaire à liant hydraulique renforcé est important. La longueur de ces fibres peut aller par exemple de 5 mm à 100 mm. Leur diamètre ne dépasse pas de préférence 2 mm. Au-delà, les fibres risquent d'endommager le béton réfractaire à liant hydraulique au moment de la cuisson ou lors de l'utilisation de l'outil à haute température. La fraction volumique de fibres à ajouter est par exemple comprise entre 0,2% et 3%. 5 A titre d'exemple illustratif (et non limitatif), une composition d'un béton réfractaire à liant hydraulique pour la réalisation d'un outil selon l'invention est donnée ci-après. Ce béton est un béton à base de bauxite et à ultra-basse teneur en ciment ( L'utilisation de béton réfractaire à liant hydraulique pour la réalisation de l'outillage selon l'invention permet aussi de réduire la masse volumique de l'outillage par rapport à l'utilisation d'alliages métalliques. De plus, les délais de fabrication sont sensiblement plus courts avec du béton réfractaire à liant hydraulique qu'avec des alliages métalliques et les prix de revient sont plus faibles 7 car les matières premières sont meilleur marché. Par rapport à des bétons géopolymères, la solution proposée ici permet d'obtenir des outils moins fragiles avec une contrainte à la rupture bien meilleure. Les risques d'éclatement de l'outil sont bien plus limités. Le béton réfractaire à liant hydraulique renforcé a aussi une bonne compatibilité physico-chimique avec les alliages de titane (pas de collage). Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Outil pour la mise en oeuvre d'un procédé de formage superplastique, caractérisé en ce qu'il est réalisé dans un béton réfractaire comportant des agrégats liés à l'aide d'un liant hydraulique et renforcé de fibres métalliques. 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les agrégats utilisés sont choisis dans l'ensemble comportant la bauxite, la mullite, l'andalousite, la chamotte, l'alumine tabulaire, le carbure de silicium et/ou le corindon. 3. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le béton utilisé est choisi dans l'ensemble comprenant les bétons à base de carbures, les bétons à base de carbone et les bétons à base de graphite. 4. Outil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les agrégats présentent une taille comprise entre 1 et 20 mm. 5. Outil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liant utilisé est un ciment réfractaire à haute teneur en alumine, et en ce que sa teneur en poids, par rapport au poids total de l'outil, est inférieure à 10%. 6. Outil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le béton réfractaire à liant hydraulique contient en outre comme additif des fibres polymères. 7. Outil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les fibres utilisées sont des fibres en acier inoxydable. 8. Outil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres sont choisies dans l'ensemble des fibres droites avec crochet, des fibres plates et/ou des fibres en forme de gouttière. 9. Outil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les fibres présentent une longueur comprise entre 5 et 100 mm et un diamètre inférieur à 2 mm. 10. Outil selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la fraction volumique des fibres dans le béton réfractaire à liant hydraulique est 30 comprise entre 0,2 et 3%.