Brevet FR3064277A1 — publié le 20180928

Grille de support d'une pièce de turbomachine en vue de sa manutention et d'au moins un traitement thermique DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne une grille monobloc de support d'une pièce de turbomachine, telle qu'un disque de turbine ou de compresseur, en vue de sa manutention et d'au moins un traitement thermique de cette pièce. ETAT DE L'ART L'état de l'art comprend notamment la demande de brevet FR-A1-2 899 241 de la demanderesse, qui décrit des procédés de traitement thermique et de fabrication de disques de compresseurs haute pression. Le traitement thermique d'un disque, par exemple de turbine basse pression, forgé en matériau base Nickel tel que le Rene65 (R65), l'AD730, le N18 ou encore le N19, comporte essentiellement deux étapes: une mise en solution à haute température (typiquement entre 1050°C et 1200°C pour les matériaux cités précédemment) suivi d'un refroidissement dans un milieu énergique pour assurer une vitesse de refroidissement suffisamment élevée (> 80 °C/min par exemple) calculée sur une large plage de température (typiquement entre 1050 et 800°C). Concrètement, suivant la massivité des pièces, cette trempe se fait soit par immersion dans une solution « eau+ polymère», soit dans l'huile, soit, pour les pièces les moins massives, dans un flux d'air soufflé. Cette trempe est suivie d'un revenu à plus basse température. Ce traitement thermique est essentiel pour l'obtention des caractéristiques d'emploi (traction, fluage, fatigue et fissuration) de la pièce. Pour mémoire, les principales étapes de fabrication d'une pièce forgée sont rappelées ci-après : - forge, - le cas échéant, usinage avant traitement thermique, 3064277 2 - traitement thermique (mise en solution suivie d'une trempe puis revenu), - usinage selon un plan spécifique pour autoriser une mise en oeuvre des CND (Contrôles Non Destructifs), 5 - CND, et - usinage selon un profil de pièce finie montée sur moteur. Les matériaux vont développer pendant la trempe en milieu fluide des contraintes résiduelles d'une intensité élevée qui, lors de l'usinage final, vont se relaxer et générer des déformations de la pièce plus ou moins 10 importantes selon le niveau mais aussi le gradient circonférentiel et radial de contraintes résiduelles. Ceci a pour conséquence une complexification des gammes d'usinage avec des impacts fort en termes de coûts, de qualité et de cycles. Il est important de rappeler que le champ de contraintes résiduelles développé pendant la trempe est directement 15 fonction des coefficients d'échange thermique entre la pièce et le fluide et que tout obstacle notamment local à un bon échange générera des gradients de contraintes plus ou moins complexes. Aux températures élevées de mise en solution, ces matériaux ont tendance à fluer, donc à se déformer sous leur propres poids, avec des 20 amplitudes résiduelles de déformation dans le plan horizontal de plusieurs millimètres. La prise en compte de ce phénomène peut amener soit à surdimensionner les géométries des pièces avant leur traitement thermique (surépaisseur de plusieurs millimètres) soit à la mise en oeuvre de gammes d'usinage spécifiques et complexes après traitement thermique pour 25 rattraper les déformations géométriques. Ceci a donc un impact économique significatif. Dans la technique actuelle, les pratiques industrielles consistent à disposer la charge de plusieurs pièces annulaires sur des grilles standards en alliage réfractaire qui assureront le support des pièces pendant les 30 opérations de traitement thermique et permettront le transfert de ces pièces entre les différents postes via un moyen de manutention. Les différents 3064277 3 postes successifs sont en général : aire de préparation, four de mise en solution, bac de trempe, et zone de déchargement. Les grilles ont actuellement une configuration quelconque, représentée schématiquement aux figures 1 et 2. La figure 1 montre les 5 faces supérieures de plusieurs grilles G, sur laquelle sont destinées à être déposées des pièces à traiter, et la figure 2 montre leurs faces inférieures qui reposent sur des traverses de support T et sont fixées à ces dernières. Après quelques cycles d'utilisation, on constate des déformations importantes des grilles et des traverses générant un fluage des pièces 10 pendant le traitement. La configuration de la grille actuelle est telle qu'elle interfère de plusieurs façons différentes avec la pièce à traiter à cause du fait que les zones de contact entre la pièce et la grille ont des formes et des dimensions différentes, comme cela apparaît dans les zones encerclées Z1 15 et Z2 de la figure 1. Ceci a pour conséquence des coefficients d'échange thermique différents entre la pièce et le fluide lors du traitement thermique, des vitesses de refroidissement de la pièce hétérogènes et au final des distributions de contraintes résiduelles hétérogènes et des difficultés lors de l'usinage de la pièce finie. 20 Par ailleurs, la pièce n'étant pas indexée sur le support, il y a inévitablement une variabilité de position d'une pièce à l'autre et donc une variabilité du comportement de la pièce lors de l'usinage de la pièce finie. Afin de pallier l'inconvénient de la déformation de la pièce sous fluage, les utilisateurs peuvent utiliser des clinquants intercalés entre la 25 pièce et la grille support et/ou mettre en oeuvre un support intermédiaire. Cette configuration est toutefois encore plus pénalisante vis-à-vis des homogénéités de refroidissement car elle rajoute de l'inertie thermique, une perturbation non maitrisée et non reproductible des circulations des fluides de refroidissement autour de la pièce et surtout une forte dispersion des 30 contraintes résiduelles d'une pièce à l'autre. 3064277 4 La présente invention propose une solution à ce problème, qui est simple, efficace et économique. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention propose une grille, de préférence monobloc, de support 5 d'une pièce de turbomachine en vue de sa manutention et d'au moins un traitement thermique, la pièce de turbomachine ayant une symétrie de révolution autour d'un axe A, la grille s'étendant sensiblement dans un plan P destiné à être perpendiculaire à l'axe A et comportant, dans ledit plan, un cadre à l'intérieur duquel sont disposés deux anneaux, respectivement 10 interne et externe, lesdits anneaux s'étendant autour d'un même axe B et étant reliés ensemble par des bras sensiblement radiaux par rapport à cet axe B et régulièrement répartis autour de cet axe. La maîtrise industrielle d'un traitement thermique, tel qu'une trempe, nécessite de minimiser les déformations par fluage, de réduire le niveau 15 mais aussi et surtout le gradient de contraintes résiduelles et d'assurer une excellente répétitivité d'une pièce à l'autre par suppression / minimisation des facteurs générateurs de cette dispersion. La configuration ci-dessus de la grille permet de répondre à ce besoin et d'éviter les problèmes des grilles de la technique antérieure, par exemple lors de la trempe de disques de 20 turbine basse pression en alliage type R65, AD730, etc. Cette configuration permet en effet en chaque point de la pièce les mêmes vitesses de refroidissement parce que les interfaces pièce / support et les environnements sont strictement identiques d'une pièce à l'autre, excepté au niveau des points d'appui de la pièce sur le support. Ces points 25 d'appui sont toutefois uniformément répartis et avantageusement tous identiques du point de vue de leurs formes et dimensions. Avec cette configuration, le positionnement de la pièce sur la grille n'a pas besoin d'être très précis (l'alignement des axes A et B n'est pas strictement nécessaire) et cette latitude ne génère pas de variation dans les 30 vitesses de refroidissement. 3064277 5 La grille selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le cadre comprend des moyens de fixation à un cadre d'une autre grille 5 identique adjacente, ou à plusieurs cadres d'autres grilles identiques adjacentes, - la grille est réalisée en acier réfractaire, - l'anneau externe a un diamètre compris entre 700 et 1200mm, et de préférence entre 800 et 1000mm, et l'anneau interne a un diamètre compris 10 entre 300 et 700mm, et de préférence entre 400 et 600mm, - lesdits bras ont chacun une forme en section transversale sensiblement carrée ou rectangulaire ; le bras a par exemple un petit côté destiné à être en contact avec la pièce qui mesure entre 15 et 25mm, et de préférence 20mm environ, et un grand côté qui mesure entre 30 et 60mm environ, 15 - elle comprend entre 8 et 12 bras, et de préférence 10 bras, La présente invention concerne encore un ensemble de grilles telles que décrites précédemment, fixées les unes aux autres et s'étendant dans un même plan P. La présente invention concerne également un dispositif comportant 20 un support et un ensemble de grilles telles que décrites précédemment, le support étant plan et s'étendant sous l'ensemble de grilles, parallèlement au plan P, le dispositif comportant des moyens de fixation et/ou d'immobilisation de l'ensemble sur le support. Le support permet de faciliter la manutention des grilles, voire 25 l'interface avec la sole d'un four, le moyen de manutention, et le moyen de trempe. Ce support permet de compenser le jeu des assemblages qui s'assouplissent au fur et à mesure des traitements thermiques. Il limite les points faibles et facilite le déplacement de l'ensemble des grilles entre les différentes étapes de traitement. Le support peut être monobloc. 3064277 6 Avantageusement, lesdits moyens de fixation et/ou d'immobilisation comprennent des goupilles qui sont chacune engagées dans un orifice d'un cadre de grille et dans un orifice aligné du support. De préférence, ledit support comprend un agencement de barres 5 entrecroisées, l'axe B de chaque grille passant par une zone de croisement de deux barres perpendiculaires dont les longueurs sont sensiblement égales au diamètre de l'anneau externe de la grille. L'invention concerne encore une utilisation d'une grille telle que décrite précédemment avec une pièce destinée à être supportée par ladite 10 grille, ladite pièce de turbomachine ayant une symétrie de révolution autour d'un axe A, ledit anneau externe ayant un diamètre interne supérieur au diamètre externe de la pièce et ledit anneau interne ayant un diamètre externe inférieur au diamètre interne de la pièce. Les expressions diamètre externe et interne sont définies en prenant 15 en compte l'épaisseur des anneaux et de la pièce. Ainsi, la pièce ne se retrouve jamais en contact avec les anneaux de la grille sur toute sa circonférence. DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques 20 et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1 et 2 sont des vues très schématiques des faces inférieures et supérieures de grilles de support de disques de turbine basse pression, en 25 vue du traitement thermique de ces disques par trempe, selon la technique antérieure, - la figure 3 est une vue très schématique d'une grille selon l'invention, - la figure 4 est une vue très schématique de la grille de la figure 3 sur laquelle est posé un disque de turbine schématiquement représenté par un 30 cercle, 3064277 7 - la figure 5 est une vue très schématique d'un ensemble de grilles selon l'invention, - la figure 6 est une vue très schématique d'un support plan pour l'ensemble de grilles de la figure 5, 5 - la figure 7 est une vue très schématique d'un dispositif selon l'invention, comportant l'ensemble de la figure 5 posé sur le support plan de la figure 6, et - la figure 8 est une vue très schématique du dispositif de la figure 7 sur lequel sont posés des disques de turbine schématiquement représentés 10 par des cercles. DESCRIPTION DETAILLEE Les figures 1 et 2 ont été décrites dans ce qui précède. La figure 3 montre de manière schématique une grille 10 de support d'une pièce 12 de turbomachine en vue de sa manutention et d'au moins 15 un traitement thermique, tel qu'une trempe, un revenu, etc. La pièce 12 de turbomachine a une symétrie de révolution autour d'un axe A (figure 4) et est par exemple un disque de turbine basse pression de turbomachine. L'axe A correspond à l'axe longitudinal de la turbomachine et est l'axe de rotation de ses rotors. 20 La grille 10 est plane et monobloc et réalisée dans un matériau résistant aux hautes températures de traitement thermique. Elle est typiquement réalisée en acier réfractaire. La grille 10 s'étend sensiblement dans un plan P, qui est ici le plan de la feuille. En utilisation, ce plan est horizontal. L'axe A de la pièce est 25 perpendiculaire à ce plan et donc destiné à être vertical. La grille 10 comprend essentiellement trois parties, à savoir un cadre 14 et deux anneaux respectivement interne 16 et externe 18. Les anneaux sont coaxiaux (d'axe B) et sont disposés à l'intérieur de la grille. Les anneaux sont reliés ensemble par des bras 20 sensiblement radiaux par 30 rapport à l'axe B et régulièrement répartis autour de cet axe B. 3064277 8 La grille 10 a une forme générale carrée définie par le cadre 14 qui comprend quatre barres délimitant les côtés du carré. L'anneau externe 18 a un diamètre sensiblement égal à la longueur de ces barres si bien que des parties de l'anneau sont confondues avec le milieu des barres dans les 5 zones de liaison de l'anneau aux barres. Ces zones de liaison sont au nombre de quatre et diamétralement opposées deux à deux. L'anneau externe 18 a par exemple un diamètre compris entre 700 et 1200mm, et de préférence entre 800 et 1000mm. L'anneau interne 16 a par exemple un diamètre compris entre 300 et 10 700mm, et de préférence entre 400 et 600mm La grille comprend entre 8 et 12 bras, et de préférence 10 bras. Elle en comprend 8 dans l'exemple représenté. Ce nombre permet de maintenir au mieux la planéité de la pièce en minimisant le fluage sous son propre poids tout en permettant un échange thermique le plus uniforme et 15 homogène possible. Ces bras sont sensiblement rectilignes et ont tous une orientation radiale par rapport à l'axe B. Comme évoqué ci-dessus, ils sont régulièrement espacés les uns des autres, ici d'un angle de l'ordre de 45°. Les bras 20 peuvent avoir chacun une forme en section transversale sensiblement rectangulaire dont un petit côté mesure entre 15 20 et 25mm, et de préférence 20mm environ (dimension E en figure 3), et un grand côté mesure entre 30 et 60mm environ. Les bras 20 sont destinés à supporter directement la pièce, comme on le voit à la figure 4. La longueur des bras, qui dépend des diamètres des anneaux 16, 18, est ainsi déterminée en fonction du diamètre de la pièce à 25 traiter. Les axes A, B peuvent être alignés mais un décalage est envisageable. Avantageusement, des espaces radiaux suffisants doivent être prévus pour le passage de fluide, d'une part entre la périphérie interne de la pièce et la périphérie externe de l'anneau interne, entre les bras (zones 30 Z3 hachurées) et d'autre part entre la périphérie externe de la pièce et la périphérie interne de l'anneau externe, entre les bras (zones Z4 3064277 9 hachurées). Ceci est visible à la figure 3, qui montre également les zones Z5 de contact entre la pièce et les bras de la grille. On constate que ces zones 25 sont de mêmes formes et dimensions, et sont également régulièrement réparties autour de l'axe B. 5 Les espaces radiaux précités peuvent avoir par exemple une dimension radiale de l'ordre de 50mm. Le cadre 14 de la grille 10 comprend de préférence des moyens de fixation à un cadre d'une autre grille identique adjacente, ou à plusieurs cadres d'autres grilles identiques adjacentes. Ces moyens de fixation sont 10 par exemple des orifices traversants prévus sur les barres du cadre pour le passage de moyens 22 du type vis-écrou (figure 5). En variante, les grilles pourraient être fixées entre elles par soudage. La figure 5 montre un ensemble de grilles adjacentes fixées les unes aux autres par de tels moyens 22. Elles sont agencées de manière à 15 former un ensemble de forme carrée et plan, cet ensemble comprenant deux rangées de deux grilles, les rangées étant disposées l'une à côté de l'autre. Deux barres du cadre de chaque grille sont appliquées sur des barres d'une grille adjacente et fixées à ces barres par les moyens 22 précités. 20 La figure 6 montre un support 24 pour l'ensemble de grilles de la figure 5. Dans l'exemple représenté, le support comprend un agencement de modules, ici au nombre de 4, formés chacun de barres entrecroisées. Les modules ont une forme générale carrée et sont disposés les uns par rapport aux autres de la même manière que les grilles de la figure 5. 25 Autrement dit, les modules sont répartis en rangées et sont chacun destinés à être situés sous une grille de l'ensemble. Chaque module comprend un cadre de forme carrée et comportant quatre barres, à l'intérieur duquel sont disposées deux barres 26 perpendiculaires qui se croisent sensiblement en leur milieu. Les longueurs 30 de ces barres 26 sont sensiblement égales à celles des barres qui 3064277 10 définissent le cadre du module, et au diamètre de l'anneau externe 18 d'une grille. Le support 24 est plan et est destiné à s'étendre sous l'ensemble de grilles, parallèlement au plan P. 5 Lorsque l'ensemble de grilles est disposé sur le support, comme cela est représenté à la figure 7, l'axe B de chaque grille passe par une zone Z6 de croisement des deux barres 26 précitées de chaque module. Comme on le voit dans le dessin, cela permet de conserver libres les zones Z3 et Z4 précitées de circulation de fluide. 10 Des moyens de fixation et/ou d'immobilisation de l'ensemble de grilles 10 sur le support 24 sont avantageusement prévus et peuvent se présenter sous la forme de goupilles 28 (figure 8) qui sont chacune engagées dans un orifice d'un cadre de grille et dans un orifice aligné du support, dans une direction sensiblement verticale en utilisation. Ces 15 goupilles sont de préférence situées aux quatre coins des modules. La présente invention permet de résoudre les problèmes cités plus haut de la technique antérieure. La grille a l'avantage de présenter une faible inertie thermique, ce qui réduit l'impact sur les vitesses de refroidissement des pièces car il y a moins de masse à chauffer, ce qui 20 représente une économie d'énergie et des coûts d'achat plus faibles. La planéité de la grille peut être conservée pendant plusieurs cycles de traitement et, dans le cas où, après un nombre significatif de cycles, la planéité serait hors tolérance, il serait envisageable d'usiner simplement la grille. 25 REVENDICATIONS1. Grille (10), de préférence monobloc, de support d'une pièce (12) de turbomachine en vue de sa manutention et d'au moins un traitement thermique, la pièce de turbomachine ayant une symétrie de révolution autour d'un axe A, la grille s'étendant sensiblement dans un plan P destiné à être perpendiculaire à l'axe A et comportant, dans ledit plan, un cadre (14) à l'intérieur duquel sont disposés deux anneaux, respectivement interne (16) et externe (18), lesdits anneaux s'étendant autour d'un même axe B et étant reliés ensemble par des bras (20) sensiblement radiaux par rapport à cet axe B et régulièrement répartis autour de cet axe. 2. Grille (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le cadre (14) comprend des moyens (22) de fixation à un cadre d'une autre grille identique adjacente, ou à plusieurs cadres d'autres grilles identiques adjacentes. 3. Grille (10) selon l'une des revendications précédentes, réalisée en acier réfractaire. 4. Grille (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'anneau externe (18) a un diamètre compris entre 700 et 1200mm, et de préférence entre 800 et 1000mm, et l'anneau interne (16) a un diamètre compris entre 300 et 700mm, et de préférence entre 400 et 600mm. 5. Grille (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits bras (20) ont chacun une forme en section transversale sensiblement carrée ou rectangulaire. 6. Grille (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle elle comprend entre 8 et 12 bras, et de préférence 10 bras (20). 7. Ensemble de grilles (10) selon l'une des revendications précédentes, fixées les unes aux autres et s'étendant dans un même plan P. 8. Dispositif comportant un support (24) et un ensemble de grilles (10) selon la revendication précédente, le support étant plan et s'étendant 3064277 12 sous l'ensemble de grilles (10), parallèlement au plan P, le dispositif comportant des moyens (28) de fixation et/ou d'immobilisation de l'ensemble sur le support. 9. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel lesdits 5 moyens de fixation et/ou d'immobilisation comprennent des goupilles (28) qui sont chacune engagées dans un orifice d'un cadre (14) de grille et dans un orifice aligné du support (24). 10. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel ledit support (24) comprend un agencement de barres (26) entrecroisées, l'axe 10 B de chaque grille passant par une zone (Z6) de croisement de deux barres perpendiculaires dont les longueurs sont sensiblement égales au diamètre de l'anneau externe (18) de la grille (10). 11. Utilisation d'une grille (10) selon l'une des revendications 1 à 6 avec une pièce (12) destinée à être supportée par ladite grille, ladite pièce de 15 turbomachine ayant une symétrie de révolution autour d'un axe A, ledit anneau externe (18) ayant un diamètre interne supérieur au diamètre externe de la pièce (12) et ledit anneau interne (16) ayant un diamètre externe inférieur au diamètre interne de la pièce (12). 20