Brevet FR3101793A1 — publié le 20210416

Installation et procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue Installation 1) d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue , l’installation (1) comprenant : - un creuset (13) de refroidissement d’une composition fondue (10), le creuset (13) définissant un volume de réception (17), dans lequel est présente la composition fondue (10), et présentant un dispositif de refroidissement (14) configuré pour provoquer une solidification de la composition fondue (10) présente dans le volume de réception (17); - un dispositif d’extraction (18) configuré pour extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception (17) ; et - un dispositif de projection (40) configuré pour projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17) par le dispositif d’extraction (18). Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Installation et procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue Le présent exposé se rapporte à une installation et à un procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue. La composition fondue peut en particulier être un alliage de titane ou un intermétallique de titane fondue. Il est connu de refroidir des alliages de titane ou intermétalliques de titane grâce à une installation comprenant un creuset de refroidissement, pour obtenir des produits qui sont destinés à être transformés en pièces aéronautiques. Il est connu de refroidir des alliages de titane ou intermétalliques de titane grâce à une installation comprenant un creuset de refroidissement, pour obtenir des produits qui sont destinés à être transformés en pièces aéronautiques. Or, les produits obtenus par le procédé mettant en œuvre cette installation connue présentent des hétérogénéités métallurgiques dans la macrostructure à cause du type de grains de matière solidifiée, par exemple des grains équiaxes à des grains colonnaires, de la différence de composition chimique (en pourcentage massique) locale consécutive à la solidification et de la variation de tailles et morphologies des porosités liées au retrait volumique pendant le changement d’état liquide à l’état solide. Il est connu que ces hétérogénéités métallurgiques dans la macrostructure conduisent à des dispersions dans leurs propriétés mécaniques. De telles dispersions peuvent conduire à un surdimensionnement des pièces finales résultant des produits obtenus, qui résulte en un accroissement non souhaitable de la masse du moteur incorporant ces pièces. En outre, des difficultés à la mise en forme ou l’usinage des produits obtenus par l’installation connue ont été constatées. Dans certaines techniques connues, pour refermer les porosités de la macrostructure, des traitements de compaction étaient réalisés, par exemple de la compaction isostatique à chaud, de la compaction unidirectionnelle à chaud, de l’extrusion, etc. Toutefois ces techniques sont coûteuses et ralentissent la production. Il existe donc un besoin de réduire les dispersions dans les propriétés des produits obtenus par le procédé mettant en œuvre l’installation, et d’améliorer la capacité de ces produits à être mis en forme ou usinés. Le présent exposé concerne une installation d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue , l’installation comprenant : - un creuset de refroidissement d’une composition fondue, le creuset définissant un volume de réception, dans lequel est présente la composition fondue, et présentant un dispositif de refroidissement configuré pour provoquer une solidification de la composition fondue présente dans le volume de réception ; - un dispositif d’extraction configuré pour extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception ; et - un dispositif de projection configuré pour projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception par le dispositif d’extraction. Le fluide projeté par le dispositif de projection tend à accélérer le refroidissement du produit, ce qui permet notamment d’augmenter le rythme de production du produit. Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un élément de chauffage configuré pour chauffer et maintenir fondue en surface la composition présente dans le volume de réception. Dans certains modes de réalisation, le dispositif de projection comprend une pluralité d’ensembles de projection, chaque ensemble de projection étant configuré pour projeter ledit fluide sur un secteur angulaire de la partie de ladite paroi extérieure. Dans certains modes de réalisation, chaque ensemble de projection est muni d’une vanne régulant le débit de fluide projeté par l’ensemble de projection, et dans laquelle l’installation comprend une unité de commande configurée pour commander lesdites vannes. Dans certains modes de réalisation, l’unité de commande est configurée pour commander lesdites vannes en fonction de la position du point d’entrée de la composition fondue dans le volume de réception et de l’un au moins parmi le flux thermique fourni par l’élément de chauffage à la composition présente dans le volume de réception et le débit de composition fondue arrivant dans le volume de réception. La commande effectuée par l’unité de commande permet de mieux maîtriser le refroidissement du produit, et notamment de limiter ou d’éliminer totalement le caractère non-axisymétrique du refroidissement du produit. Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un four, le four comprenant une chambre de four dans laquelle sont disposés le creuset de refroidissement et le dispositif de projection, et optionnellement le dispositif d’extraction. Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un bassin de coulée, disposé en amont du creuset, et en communication avec le creuset de façon à ce que la composition fondue puisse couler du bassin de coulée vers le creuset. Le bassin de coulée permet l’obtention de la composition définitive de la composition à partir d’éléments de matière première, avant que celle-ci ne soit introduite dans le creuset et solidifiée. Dans certains modes de réalisation, l’ouverture du logement de réception est disposée en aval du bassin de coulée de façon à la composition fondue lorsqu’elle coule depuis le bassin vers le logement de réception. Dans certains modes de réalisation, l’élément de chauffage est une torche à plasma. Comme cela est connu, une torche à plasma projette un plasma qui est obtenu par l’ionisation d’un gaz, dit gaz vecteur, fourni en continu. Dans certains modes de réalisation, le fluide est un gaz de même nature que le gaz vecteur de la torche à plasma. Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un dispositif de confinement entourant ladite partie de la paroi extérieure du produit, le dispositif de confinement présentant un orifice permettant le passage du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception par le dispositif d’extraction. Dans certains modes de réalisation, l’orifice présente un racloir apte à venir au contact de la paroi extérieure du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception par le dispositif d’extraction, le racloir étant de préférence présent sur tout le bord de l’orifice. Dans certains modes de réalisation, la chambre de four est du type à atmosphère contrôlée, et le dispositif de confinement est configuré pour maintenir une pression à l’intérieur de celui-ci qui est inférieure à la pression de l’atmosphère contrôlée présente dans la chambre de four. Dans certains modes de réalisation, la composition fondue est une composition métallique fondue. Dans certains modes de réalisation, la composition fondue est un alliage de nickel. On comprend par « alliage de nickel », un alliage comprenant au moins 50% de nickel. Dans certains modes de réalisation, la composition fondue est un acier ou un alliage-mère d’acier tel qu’un ferro-alliage. Dans certains modes de réalisation, la composition fondue est un intermétallique d’un métal choisi parmi le fer, le nickel, l’aluminium, le magnésium, et le tungstène. Plus particulièrement, dans certains modes de réalisation, la composition fondue est un alliage de titane ou un intermétallique de titane fondue. On comprend par « alliage de titane », un alliage comprenant au moins 50% de titane. On comprend par intermétallique de titane, un composé associant le titane et un autre métal, par exemple l’aluminium, ou le titane et un métalloïde. Dans certains modes de réalisation, l’alliage de titane peut comporter un ou plusieurs élément(s) d’alliage à haut point de fusion. Par exemple, la température de fusion de ces éléments est au minimum de 1600°C. Des éléments d’alliages tels que le Molybdène, le Vanadium ou le Tantale peuvent être utilisés. Les températures de fusion de ces éléments sont 2623°C, 1910°V et 3017°C respectivement. Ces températures étant largement supérieures à la température de fusion du titane (1668°C), le Molybdène, le Vanadium ou le Tantale sont généralement introduits sous forme d’alliage binaire ou ternaire afin d’obtenir un eutectique ayant une température de fusion plus faible que celle du titane. Dans certains modes de réalisation, l’alliage de titane peut être l’un des alliages suivants, connus de l’homme du métier : Ti17, TiBeta16, Ti21S, Ti6242, Ti6246, Ti5553, Ti10-2-3, ou d’autres alliages de titane convenant à cette application. Dans certains modes de réalisation, l’intermétallique de Titane peut être l’un des intermétalliques suivants, connus de l’homme du métier : TiAl 48-2-2, TiNMB1, ou d’autres intermétalliques de titane convenant à cette application. Le présent exposé concerne également un procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue, utilisant l’installation selon n’importe laquelle des possibilités décrites précédemment, le procédé comprenant le fait de : - solidifier une composition fondue dans le volume de réception du creuset ; - extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception ; et - projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception. Dans certains modes de réalisation, le produit est un produit intermédiaire, et dans lequel le procédé comprend en outre la transformation du produit intermédiaire de façon à obtenir une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique. Par exemple, le produit est un lingot. Par exemple, la transformation est une mise en forme telle qu’une déformation à chaud par laminage, forgeage, estampage, extrusion. Selon un autre exemple, la transformation est réalisée par traitement thermique. Selon un autre exemple, la transformation est réalisée par usinage. Le lingot peut être à section cylindrique ou à section polygonale convexe, en particulier à section rectangulaire. La figure 1 représente une installation d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue ; La figure 2 est une vue élargie du détail I de la figure 1 ; La figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2 ; La figure 4 est une vue analogue à la figure 2, montrant une première variante de l’installation des figures 1 et 2 ; La figure 5 est une vue analogue à la figure 2, montrant une installation conforme à un exemple comparatif ; La figure 6 est une vue en coupe partielle selon V-V de la figure 5, expliquant schématiquement les propriétés du produit obtenu par l’installation de la figure 5 ; La figure 7 est une vue analogue à la figure 2, montrant une deuxième variante de l’installation des figures 1 et 2. La figure 8A est une vue analogue à la figure 2, montrant le début de l’obtention du produit à partir de la composition fondue. La figure 8B est une vue analogue à la figure 8A, montrant la suite de l’obtention du produit à partir de la composition fondue. La figure 8C est une vue analogue à la figure 8B, montrant la suite de l’obtention du produit à partir de la composition fondue. La figure 9 est une vue analogue à la figure 1, montrant une troisième variante de l’installation des figures 1 et 2. Installation (1) d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue, l’installation (1) comprenant : - un creuset (13) de refroidissement d’une composition fondue (10), le creuset (13) définissant un volume de réception (17), dans lequel est présente la composition fondue (10), et présentant un dispositif de refroidissement (14) configuré pour provoquer une solidification de la composition fondue (10) présente dans le volume de réception (17); - un dispositif d’extraction (18) configuré pour extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception (17) ; et - un dispositif de projection (40) configuré pour projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17) par le dispositif d’extraction (18). Installation selon la revendication 1, comprenant un élément de chauffage (23c) configuré pour chauffer et maintenir fondue en surface la composition présente dans le volume de réception (17). Installation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le dispositif de projection (40) comprend une pluralité d’ensembles de projection (41, 42, 43, 44), chaque ensemble de projection étant configuré pour projeter ledit fluide sur un secteur angulaire (A1, A2, A3, A4) de la partie de ladite paroi extérieure. Installation selon la revendication 3, dans laquelle chaque ensemble de projection est muni d’une vanne (41V, 42V) régulant le débit de fluide projeté par l’ensemble de projection, et dans laquelle l’installation comprend une unité de commande (80) configurée pour commander lesdites vannes. Installation selon les revendications 2 et 4, dans laquelle l’unité de commande (80) est configurée pour commander lesdites vannes (41V, 42V) en fonction de la position du point d’entrée de la composition fondue (10) dans le volume de réception (17) et de l’un au moins parmi le flux thermique fourni par l’élément de chauffage (23c) à la composition présente dans le volume de réception et le débit de composition fondue (10) arrivant dans le volume de réception (17). Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un four (3, 3’), le four (3, 3’) comprenant une chambre de four (5) dans laquelle sont disposés le creuset de refroidissement (13) et le dispositif de projection (40), et optionnellement le dispositif d’extraction (18). Installation selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans laquelle l’élément de chauffage (23c) est une torche à plasma. Installation selon la revendication 7, dans laquelle le fluide est un gaz de même nature que le gaz vecteur de la torche à plasma (23c). Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un dispositif de confinement (60) entourant ladite partie de la paroi extérieure du produit, le dispositif de confinement présentant un orifice (61A) permettant le passage du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17) par le dispositif d’extraction (18). Installation selon la revendication 9, dans laquelle l’orifice (61A) présente un racloir (61R) apte à venir au contact de la paroi extérieure du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17) par le dispositif d’extraction (18), le racloir (61R) étant de préférence présent sur tout le bord de l’orifice (61A). Installation selon la revendication 6 et selon l’une des revendications 9 ou 10, dans laquelle la chambre de four (5) est du type à atmosphère contrôlée, et dans laquelle le dispositif de confinement (60) est configuré pour maintenir une pression à l’intérieur de celui-ci qui est inférieure à la pression de l’atmosphère contrôlée présente dans la chambre de four (5). Procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue, utilisant l’installation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, le procédé comprenant le fait de : - solidifier une composition fondue (10) dans le volume de réception (17) du creuset (13) ; - extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception (17) ; et - projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17). Procédé selon la revendication 12, dans lequel le produit est un produit intermédiaire, et dans lequel le procédé comprend en outre la transformation du produit intermédiaire de façon à obtenir une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique.