Brevet FR3008144A1 — publié le 20150109

DISQUE DE COMPRESSEUR DE TURBOMACHINE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL DISQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est relatif au domaine des disques de rotor de compresseurs haute pression et basse pression d'une turbomachine. ARRIÈRE PL.-&N TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Le rotor d'un compresseur d'une turbomachine comprend une pluralité de disques de rotor, chaque disque portant à sa périphérie une pluralité d'aubes sensiblement radiales dont les pieds sont engagés dans des moyens de retenu, tels que des rainures axiales, à la périphérie du disque. En fonctionnement, ces disques de rotor supportent des contraintes très élevées au voisinage d'une température de l'ordre de 600°C. De plus, les modes de sollicitations et les contraintes à l'intérieur d'un même disque sont particulièrement différents entre la partie périphérique supportant les aubes du compresseur et la partie interne solidaire du rotor. DESCRIPTION GÉNÉRALE DE L'INVENTION Dans ce contexte, l'invention vise à fournir un disque de rotor de compresseur adapté pour supporter des modes différents de sollicitation. A cette fin, l'invention propose un disque de rotor de compresseur d'une turbomachine apte à effectuer des mouvements de rotation autour d'un axe de rotation et présentant des moyens d'accroche d'aubes de compresseur à la périphérie du disque caractérisé en ce qu'il est formé par deux corps formant une couronne extérieure et une couronne intérieure, les deux couronnes étant solidaires l'une de l'autre, les matériaux des deux couronnes présentant une compatibilité en diffusion intergranulaire. Grâce à l'invention, le disque de rotor présente un compromis microstructurel capable de supporter différents modes de sollicitation, notamment entre la partie extérieure et la partie intérieure du disque. Avantageusement, les deux couronnes sont constituées par un même alliage présentant une structure cristalline différente. Avantageusement, les deux couronnes sont constituées par deux alliages de nature différente présentant une compatibilité en diffusion intergranulaire. Avantageusement, le matériau de la couronne intérieure présente un coefficient de dilatation thermique plus important que le coefficient de dilatation thermique du matériau de la couronne extérieure. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un disque de rotor de compresseur caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de forgeage d'une première couronne dans un premier matériau, formant la couronne extérieure du disque ; - une étape de forgeage d'une deuxième couronne dans un deuxième matériau présentant des compatibilités en diffusion intergranulaire avec ledit premier matériau, la deuxième couronne formant la couronne intérieure du disque ; - une étape de frettage des deux couronnes à la température de frettage du matériau de ladite première couronne ; - une étape de traitement thermique en température de diffusion intergranulaire de la liaison entre les deux couronnes en utilisant les contraintes générées par l'étape de frettage comme effort de diffusion intergranulaire. Avantageusement, l'étape de frettage est réalisée dans une enceinte sous vide. Avantageusement, l'étape de frettage comporte une sous-étape de chauffage par induction de la couronne extérieure. Préalablement à l'étape de frettage de deux couronnes, le procédé comporte avantageusement une étape d'usinage par tournage de l'intérieur de la couronne extérieure et de l'extérieur de la couronne intérieure. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit et en référence aux figures dont la liste est donnée ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 illustre schématiquement les différentes étapes du procédé de fabrication du disque de rotor de compresseur de turbomachine selon l'invention. Les figures 2a, 2b, 2c, 2d illustrent l'évolution du disque de rotor de compression lors des différentes étapes du procédé de fabrication de la figure 1. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION DE L'INVENTION Le procédé de fabrication 100 d'un disque de rotor de compresseur selon l'invention illustré par le schéma synoptique de la figure 1 comporte une première étape 110 de forgeage d'une première partie 11 du disque 10 illustrée par la figure 2a. A titre d'exemple cette première partie est destinée à former la couronne extérieure du disque de rotor 10. Cette couronne extérieure 11 est forgée dans un premier matériau, appelé matériau A. Des exemples de matériaux seront donnés par la suite. La deuxième étape 120 du procédé 100 consiste à forger une deuxième partie 12 du disque 10 illustrée à la figure 2b. Cette deuxième partie 12 est destinée à former la couronne intérieure du disque 10, également appelé poireau. Cette couronne intérieure 12 est forgée dans un deuxième matériau, appelé matériau B. pouvant être de nature différente ou pouvant présenter des différences de structure cristallographique. Il est toutefois nécessaire que le matériau B présente une compatibilité en diffusion intergranulaire avec le matériau A de la couronne extérieure 11. La troisième étape 130 du procédé 100 selon l'invention consiste à usiner par tournage l'intérieur de la couronne extérieure 11 et l'extérieure de la couronne intérieure 12. Cette étape consiste à préparer les faces en vue de l'étape de frettage. La quatrième étape 140 du procédé 100 selon l'invention est une étape de frettage des deux couronnes 11,12 illustrée par les figures 2c et 2d. Cette étape de frettage 140 est réalisée avantageusement dans une enceinte sous vide et comporte : - une première sous-étape de chauffage par induction de la couronne extérieure à la température de frettage du matériau A afin de dilater la pièce et de la préparer à l'assemblage avec la couronne intérieure 12 ; - une deuxième sous-étape de coupure du chauffage lorsque la température de frettage du matériau A est atteinte ; - une troisième sous-étape de positionnement de la couronne intérieure 12 froide à l'intérieur de la couronne extérieure 11 chauffée, les faces usinées en vis-à- vis. La couronne intérieure à 20°C doit s'ajuster avec quelques dixièmes de millimètre en moins à la couronne extérieure 11 à la température de diffusion intergranulaire ; - une quatrième sous-étape consistant à chauffer la couronne intérieure 12 jusqu'à l'équilibre de température avec la couronne extérieure 11 et par expansion thermique de la couronne intérieure 12, à générer des contraintes afin d'activer les mécanismes de diffusion intergranulaire ; - une cinquième sous-étape de diminution contrôlée de la température du disque assemblé. La cinquième étape 150 du procédé 100, selon l'invention, est une étape de réalisation d'un traitement thermique en température de diffusion intergranulaire sur la liaison entre le matériau A et le matériau B en utilisant les contraintes résiduelles générées par l'étape de frettage comme effort de diffusion intergranulaire. Le procédé 100 peut comporter également une étape de finition du disque 10. Ainsi, le disque de rotor de compresseur réalisé au moyen du procédé précédemment décrit est formé par l'assemblage de deux matériaux A et B. Ces matériaux A et B sont soit des alliages de composition différente mais présentant une compatibilité en diffusion intergranulaire, soit deux alliages de même nature et de même composition mais présentant une structure cristalline différente. Pour obtenir une bonne diffusion intergranulaire, il est nécessaire de maîtriser la température de diffusion et de mettre en contrainte la zone de liaison entre les deux couronnes 11, 12. Cette mise en contrainte est avantageusement réalisée par les contraintes résiduelles générées par l'opération de frettage. De manière à améliorer la diffusion intergranulaire au niveau de la liaison « inter-matériaux », il est avantageux d'utiliser un matériau B présentant un coefficient de dilation thermique plus important que le coefficient de dilatation thermique du matériau A de la couronne extérieure 11. Ainsi, les efforts de diffusion sont augmentés. A titre, d'exemple le matériau A est un alliage à base titane de type TA6V de composition Ti-6AI-4V, ou encore de type Ti6242 de composition Ti-6AI-2Sn4Zr-2Mo0,1Si et le matériau B est un alliage TiAl, ou inversement. Selon un second exemple, le matériau A peut être un alliage à base de Nickel et le matériau B peut être de l'Inconel 718 e ou du Waspaloy c), ou inversement. REVENDICATIONS1. Disque de rotor de compresseur (10) d'une turbomachine apte à effectuer des mouvements de rotation autour d'un axe de rotation et présentant des moyens d'accroche d'aubes de compresseur à la périphérie du disque caractérisé en ce qu'il est formé par deux corps formant une couronne extérieure (11) et une couronne intérieure (12), les deux couronnes (11, 12) étant solidaires l'une de l'autre, les matériaux des deux couronnes (11, 12) présentant une compatibilité en diffusion intergranulaire. 10 2. Disque de rotor de compresseur (10) d'une turbomachine selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux couronnes (11, 12) sont constituées par un même alliage présentant une structure cristalline différente. 15 3. Disque de rotor de compresseur (10) d'une turbomachine selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux couronnes (11, 12) sont constituées par deux alliages de nature différente présentant une compatibilité en diffusion intergranulaire. 20 4. Disque de rotor de compresseur (10) d'une turbomachine selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau de la couronne intérieure (12) présente un coefficient de dilatation thermique plus important que le coefficient de dilatation thermique du matériau de la couronne extérieure (11). 25 5. Procédé de réalisation (100) d'un disque de rotor de compresseur (10) d'une turbomachine selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le procédé comporte; - une étape (110) de forgeage d'une première couronne (11) dans un 30 premier matériau (A), formant la couronne extérieure du disque (10); - une étape (120) de forgeage d'une deuxième couronne (12) dans un deuxième matériau (B) présentant des compatibilités en diffusionintergranulaire avec ledit premier matériau (A), la deuxième couronne formant la couronne intérieure du disque (10) ; une étape (140) de frettage des deux couronnes (11, 12) à la température de frettage du matériau (A) de ladite première couronne (11) ; une étape (150) de traitement thermique en température de diffusion intergranulaire de la liaison entre les deux couronnes (11, 12) en utilisant les contraintes générées par l'étape (140) de frettage comme effort de diffusion intergranulaire. 6. Procédé de réalisation (100) d'un disque de rotor de compresseur (10) d'une turbomachine selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étape (140) de frettage est réalisée dans une enceinte sous vide. 7. Procédé de réalisation (100) d'un disque de rotor de compresseur (10) d'une turbomachine selon l'une des revendications 5 à 6 caractérisé en ce que l'étape (140) de frettage comporte une sous-étape de chauffage par induction de la couronne extérieure (11). 8. Procédé de réalisation (100) d'un disque de rotor de compresseur (10) d'une turbomachine selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que préalablement à l'étape de frettage de deux couronnes (11, 12), le procédé comporte une étape (130) d'usinage par tournage de l'intérieur de la couronne extérieure (11) et de l'extérieur de la couronne intérieure (12).25