Brevet FR2978077A1 — publié le 20130125

La présente invention concerne un procédé d'assemblage de coques en métal. Certaines pièces sont réalisées en alliage de titane à cause des propriétés particulières de ces alliages, en particulier de tenue mécanique, de tenue en température, et de tenue à la corrosion pour une densité moindre que celle d'un acier ou que celle d'un autre alliage comme ceux à base de Nickel ou à base de Cobalt. C'est notamment le cas de pièces aéronautiques, par exemple de pièces de turbomachines telles que des carters de compresseur haute 10 pression. Dans ce cas la pièce en titane est une coque. Dans la description qui suit, on entend par coque une pièce dont une des trois dimensions (son épaisseur) dans l'espace est faible (au moins cinq fois plus faible) par rapport aux deux autres dimensions (sa longueur et sa largeur) perpendiculaires à cette épaisseur. Une coque englobe ainsi 15 une plaque, un tube, une virole, un carter. Le terme titane est utilisé ci-après pour signifier un alliage où le titane est l'élément majoritaire. Une telle pièce en titane doit être capable de résister au feu titane, c'est-à-dire une inflammation catastrophique du titane en cas d'élévation 20 brutale de température. Diverses solutions sont actuellement employées afin d'empêcher une telle inflammation du titane d'une pièce qui est utilisée dans un environnement haute température. Ces solutions consistent toutes à fixer sur la pièce en titane une pièce en un autre alliage (c'est-à-dire un alliage 25 autre qu'un alliage en titane), cette pièce en un autre alliage étant destinée à être exposée aux températures plus élevées et formant écran entre ces températures élevées et la pièce en titane. Une solution consiste à fixer à l'aide de douilles une coque en un autre alliage (acier, superalliage base nickel ou cobalt, ou autre alliage) 30 sur la surface de la pièce en titane qui est exposée aux températures les plus élevées. Une autre solution consiste à effectuer un colaminage à chaud d'une ébauche en un autre alliage sur l'ébauche en titane. Encore une autre solution consiste à plaquer une coque en un autre 35 alliage sur la coque en titane, par plaquage hydraulique ou par plaquage par explosion. Toutes ces solutions présentes cependant des inconvénients. D'une part il est difficile de maîtriser la position exacte de l'interface entre la pièce en titane et la pièce en un autre alliage. De plus, selon les tolérances de mise en oeuvre, des tolérances d'usinage et des stratégies d'usinage, l'épaisseur d'une ou de l'autre partie n'est pas toujours optimisée. Par exemple, il est souvent impossible que cette interface suive la forme définitive tout au long de la pièce au plus près des côtes lorsque la géométrie de la pièce en titane est en trois dimensions. Il est en outre impossible de maîtriser le ratio d'épaisseur entre les deux matériaux (aux tolérances près). De plus, lorsque l'un des procédés ci-dessus est utilisé, la résistance au cisaillement ou au décollement entre la pièce en titane et la pièce en un autre alliage est assez faible. Cette résistance au cisaillement est d'autant plus faible que la différence entre les coefficients de dilatation du titane et de l'autre alliage est importante. Chacun des procédés ci-dessus sont d'un coût élevé du fait de la complexité et du nombre d'étapes dans le procédé, et de la nécessité d'usiner l'ensemble formé de la pièce en titane et de la pièce en un autre alliage après leur assemblage de façon à mettre cet ensemble aux côtes finales. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention vise à proposer un procédé d'assemblage de coques en métal qui permette d'assembler une coque en titane et une coque en un alliage résistant au feu titane de façon efficace et à moindre coût. Ce but est atteint grâce au fait que ce procédé comporte les étapes suivantes : (a) On fournit une première coque en un alliage résistant au feu titane dans une forme proche de sa forme définitive, cette première coque présentant une première face et une deuxième face opposée à la première face, (b) On fournit au moins une deuxième coque en alliage de titane, cette deuxième coque présentant une première face et une deuxième face opposée à la première face, (c) On place les coques dans une enceinte hermétique, et on place la première face de la deuxième coque sur la deuxième face de la première coque, (d) On chauffe lesdites coques à une température supérieure à une température de traitement Tt, et on établit dans l'enceinte une pression suffisamment élevée pour déformer à la température de traitement Tt la deuxième coque, de telle sorte que la première face de la deuxième coque épouse la deuxième face de la première coque, la deuxième coque étant ainsi solidarisée avec la première coque, (e) On refroidit jusqu'à température ambiante l'ensemble formé de la première coque et de la deuxième coque. Grâce à ces dispositions, l'ensemble constitué des deux coques en métal assemblées selon le procédé de l'invention, tout en étant résistant au feu titane, présente une meilleure précision dimensionnelle car l'alliage de titane a épousé la coque en alliage résistant au feu titane. Ainsi, moins d'usinage ultérieur et en particulier moins d'usinage de l'alliage de titane est nécessaire par rapport aux procédés selon l'art antérieur, et par conséquent le coût de fabrication est moindre. De plus, cet ensemble présente une meilleure résistance au cisaillement car du fait de sa déformation, l'alliage de titane se répartit mieux dans tous les interstices de la coque en alliage résistant au feu titane et épouse mieux sa forme. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1A est une vue en perspective d'une première coque et d'une deuxième coque avant assemblage par le procédé selon l'invention, - la figure 1B est une vue en perspective d'une première coque et d'une deuxième coque après assemblage par le procédé selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe de la première coque et de la deuxième coque selon le plan II-II de la figure 1B. Dans le procédé selon l'invention, on fournit une première coque 10 en un alliage résistant au feu titane. Cet alliage est par exemple un acier, ou un alliage de type INCO 909 ou INCO 783. Cette première coque 10 est obtenue par exemple par forgeage d'un lopin ou par emboutissage d'une tôle. Eventuellement, la coque ainsi formée subit ensuite un usinage pour être transformée en cette première coque 10, de façon que cette première coque 10 soit dans une forme proche de sa forme définitive. On entend par coque une pièce dont une des trois dimensions (son épaisseur) dans l'espace est faible (au moins cinq fois plus faible) par rapport aux deux autres dimensions (sa longueur et sa largeur) perpendiculaires à cette épaisseur. Ainsi, comme représenté en figure 1A, la première coque 10 présente une surface médiane dans l'espace en trois dimensions. La première coque 10 présente une première face 11 et une deuxième face 12 opposée à cette première face 11 de telle sorte que ces deux faces sont situées de part et d'autre de cette surface médiane. La longueur et la largeur de la première coque 10 sont mesurées le long de cette surface médiane. L'épaisseur de la première coque 10 en un point M de cette coque est mesurée selon une direction perpendiculaire à cette surface médiane passant par ce point M, et est égale à la distance entre la première face 11 et la deuxième face 12. On fournit également une deuxième coque 20, qui est en titane. Le terme titane est utilisé ci-après pour signifier un alliage où le titane est l'élément majoritaire, ainsi les termes « titane » ou « alliage de titane » désignent à la fois du titane quasi-pur ou un alliage de titane. Ce titane est par exemple du TA6V ou du Ti 6242. La deuxième coque 20 est définie de façon similaire à la première coque 10, et présente une première face 21 et une deuxième face 22 opposée à cette première face 21, de part et d'autre de la surface médiane de la deuxième coque 20. Comme représenté en figure 1A, on place la première face 21 de la deuxième coque 20 sur la deuxième face 12 de la première coque 10 (étape (c)). Les premières faces sont la face concave de chacune de ces coques, les deuxièmes faces sont la face convexe de chacune de ces coques. Ces deux coques sont placées dans une enceinte hermétique 80 remplie d'un fluide (un gaz, de préférence neutre, ou un liquide), comme représenté en figure 1A. On chauffe ensuite la première coque 10 et la deuxième coque 20 à une température supérieure à une température de traitement Tt et on établit dans l'enceinte 80 une pression suffisamment élevée de façon que la deuxième coque 20 (et éventuellement, de façon moindre, la première coque 10) se déforme à cette température de traitement Tt (compression isostatique à chaud). Ainsi, on déforme la deuxième coque 20 sur la première coque 10, de telle sorte que cette première face 21 de la deuxième coque 20 épouse la deuxième face 12 de la première coque 10 (étape (d)), comme représenté en figure 1B. Avantageusement, l'alliage résistant au feu titane est choisi de telle sorte que la première coque 10 ne se déforme que très faiblement durant le procédé selon l'invention contribue à faire en sorte que l'on obtient un ensemble formé de la première coque 10 et de la deuxième coque 20 qui est au plus près de ses dimensions et de sa forme finale et que la répartition de l'épaisseur de la deuxième coque 20 sur toute sa surface est celle souhaitée. Ainsi, on minimise ou on évite un usinage ultérieur de cet ensemble. La température de traitement Tt est inférieure à la température de surchauffe ou de brulure de chacun des matériaux constituant les deux coques afin de ne pas endommager ces coques. La température de traitement Tt est par exemple inférieure à 1200°C. La deuxième coque 20 est ainsi solidarisée avec la première coque 10. Cette solidarisation a pour conséquence que les deux coques forment alors un ensemble monobloc. La solidarisation entre les deux coques résulte d'une liaison mécanique par accrochages de micro-aspérités présentes sur la première face 21 de la deuxième coque 20 et sur la deuxième face 12 de la première coque 10. On refroidit ensuite jusqu'à température ambiante l'ensemble formé de ladite première coque 10 et de ladite deuxième coque 20 (étape (e)). Grâce à la déformation de la deuxième coque 20, le plaquage de cette deuxième coque 20 sur la deuxième face 12 de la première coque 10 est optimal, même dans les zones de cette deuxième face 12 qui présentent des usinages (tel que des perçages), ou dont le rayon de courbure est faible (c'est-à-dire à l'épaisseur de cette première coque 10). Avantageusement, l'ensemble comprenant la première coque 10 et de la deuxième coque 20 est recouvert d'une gaine métallique (par exemple formée de gaines métalliques soudées entre elles) avant la montée en pression et en température dans l'enceinte 80. On effectue le vide (pression inférieure à la pression atmosphérique) dans cette gaine. Ainsi, la répartition de pression sur ces deux coques est plus uniforme. Avantageusement, on place à l'interface entre la première coque 10 et la deuxième coque 20 une couche d'un matériau tel qu'une barrière thermique (alliage à base Ni, Co, ou Mo) ou un minéral. Par exemple cette couche est placée (par exemple déposée) sur la première coque 10. Cette mesure est spécialement utile si la température de traitement Tt est supérieure à environ 1000°C de façon à éviter la formation de phases fragilisantes à l'interface entre les deux coques. Ainsi, on obtient une meilleure résistance au cisaillement à cette interface. Les essais effectués par les inventeurs montrent que la vitesse de déformation à utiliser pour la déformation du titane est de préférence comprise en 10-1 s-1 et 10-5 s-1. Idéalement, cette vitesse de déformation est de l'ordre de 10-3 s-1. Avantageusement, en utilisation, l'écart Da entre le coefficient de dilatation du titane de la deuxième coque 20 et le coefficient de dilatation de l'alliage de la première coque 10 est inférieur à 3.10-6/°C. Ainsi, pour une variation de température extérieure d'une amplitude donnée, les contraintes générées à l'interface entre ces deux coques sont moins élevées. En conséquence, la résistance au cisaillement de l'ensemble constitué de ces deux coques est plus élevée. Avantageusement, la température de traitement Tt est inférieure à la température frontière Tb qui est la température au-dessus de laquelle l'alliage de titane a une microstructure R. En effet, en dessous de la température frontière Tb, on se situe dans le domaine optimal de superplasticité des alliages de titane où la microstructure est biphasée alpha et béta et la taille de grains de ces alliages est la plus faible possible. Ainsi, la déformation de la deuxième coque 20 a lieu dans le domaine de déformation superplastique du titane et à une température suffisamment basse pour qu'il ne se produise pas de réaction chimique à l'interface entre l'alliage de titane et l'alliage résistant au feu titane. En conséquence il ne se forme pas de phase fragilisante à cette interface, et la solidarisation entre la première coque 10 et la deuxième coque 20 est alors meilleure. Par exemple, pour l'alliage de titane TA6V, cette température frontière Tb est environ égale à 1050°C. La température de traitement Tt ne doit pas être trop basse, car plus la température à laquelle le titane est déformé est basse, plus sa déformation est difficile (une pression plus importante est nécessaire). Par exemple, la température de traitement Tt est supérieure à 500°C. Avantageusement, la température de traitement Tt est supérieure à 700°C. Idéalement, température de traitement Tt est de l'ordre de 900°C. En variante, la première coque 10 présente à l'étape (a), sur sa deuxième face 12, des reliefs sur lesquels l'alliage de titane est apte à s'écouler, de telle sorte que ces reliefs agissent comme des points d'ancrage 19 de la deuxième coque 20 avec la première coque 10. En s'écoulant, l'alliage de titane est apte à épouser ces reliefs, qui peuvent donc agir comme points d'ancrage 19. Par exemple, ces reliefs sont des dépressions dans la deuxième face 12 de la première coque 10. Alternativement, ces reliefs sont des protubérances. Ces protubérances ont par exemple la forme de crochets. Ces reliefs peuvent également être un mélange de dépressions et de protubérances. La figure 2 est une vue en coupe de la première coque 10 et de la deuxième coque 20 après leur assemblage, qui montrent ces reliefs. Ces points d'ancrages 19 contribuent ainsi à une meilleure solidarisation entre la première coque 10 et la deuxième coque 20, et par conséquent contribuent à augmenter la résistance au cisaillement de l'ensemble constitué de ces deux coques. Cette variante peut notamment être utilisée lorsque l'écart Au entre les coefficients de dilatation du titane de la deuxième coque 20 et de l'alliage de la première coque 10 est supérieur à 3.10-6/°C. Après la déformation de la deuxième coque 20 (étape (d)), on peut effectuer dans certains cas un traitement thermique avec usinage afin de donner à l'ensemble constitué de la première coque 10 et la deuxième coque 20 sa forme finale. La deuxième coque 20 est une coque unique ou un ensemble de plusieurs coques. Les premières faces sont la face concave (respectivement convexe) de chacune de ces coques, les deuxièmes faces sont la face convexe (respectivement concave) de chacune de ces coques. Dans un cas particulier, la première coque 10 et la deuxième coque 20 sont une virole, par exemple en forme de tube ou de cône. Les premières faces sont alors la face concave de chacune de ces coques, les deuxièmes faces sont la face convexe de chacune de ces coques. Dans ce cas la première coque 10 peut subir, avant l'étape (a), un pré-laminage ou pré-forgeage pour être formée en une virole. REVENDICATIONS1. Procédé d'assemblage de coques en métal caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : (a) On fournit une première coque (10) en un alliage résistant au feu titane dans une forme proche de sa forme définitive, cette première coque (10) présentant une première face (11) et une deuxième face (12) opposée à ladite première face (11), (b) On fournit au moins une deuxième coque (20) en alliage de titane, cette deuxième coque (20) présentant une première face (21) et une deuxième face (22) opposée à ladite première face (21), (c) On place lesdites coques (10, 20) dans une enceinte hermétique (80), et on place ladite première face (21) de la deuxième coque (20) sur ladite deuxième face (12) de la première coque (10), (d) On chauffe lesdites coques (10, 20) à une température supérieure à une température de traitement Tt, et on établit dans ladite enceinte (80) une pression suffisamment élevée pour déformer à ladite température de traitement Tt ladite deuxième coque (20), de telle sorte que ladite première face (21) de la deuxième coque (20) épouse ladite deuxième face (12) de la première coque (10), ladite deuxième coque (20) étant ainsi solidarisée avec ladite première coque (10), (e) On refroidit jusqu'à température ambiante l'ensemble formé de ladite première coque (10) et de ladite deuxième coque (20). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite température de traitement Tt est supérieure à 500°C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite température de traitement Tt est inférieure à la température Tb, ladite température Tb étant la température au-dessus de laquelle l'alliage de titane a une microstructure R. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite première coque (10) présente à l'étape (a), sur sa dite deuxième face (12), des reliefs sur lesquels ledit alliage de titane est apte à s'écouler, de telle sorte que ces reliefs agissent comme des points d'ancrage (19) de ladite deuxième coque (20) avec ladite première coque (10). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'écart Aa entre le coefficient de dilatation du titane de la deuxième coque 20 et le coefficient de dilatation de l'alliage de la première coque 10 est inférieur à 3.10-6/°C.5