Brevet FR3105048A1 — publié le 20210625

Solution de fabrication d’un disque aubagé monobloc L’invention concerne un procédé de fabrication d’un disque aubagé monobloc d’une turbomachine, ledit procédé comprenant l’étape suivante : - (E1) : fabrication d’une pluralité d’aubes, les aubes comprenant d’une part un pied, et d’autre part une portion profilée ; caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - (E2) : frittage flash des aubes avec une poudre de métal, les aubes étant réparties angulairement sur un contour d’un moule de frittage flash annulaire, le pied des aubes étant noyé dans la poudre de métal, la portion profilée des aubes faisant saillie de la poudre de métal radialement vers l’extérieur. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Solution de fabrication d’un disque aubagé monobloc La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication d’un disque aubagé monobloc d’une turbomachine. L’invention trouve une application particulièrement intéressante pour la fabrication de disques de turbine, et notamment des disques de turbine haute pression. Les disques aubagés de turbine d’une turbomachine sont généralement fabriqués en produisant d’une part un moyeu central et d’autre part une pluralité d’aubes, des alvéoles étant réalisées sur le pourtour du moyeu central afin de fixer les alvéoles sur ledit moyeu central. Or, une telle solution peut rencontrer les difficultés suivantes : - afin d’éviter l’apparition de défaut lors de l’usinage des alvéoles dans le moyeu central, ce dernier est dimensionné en augmentant la quantité de matière au niveau des alvéoles, ce qui entraine une augmentation de la masse du disque ; - une usure prématurée du pied des aubes peut se produire à cause du frottement entre le pied des aubes et l’alvéole du moyeu central (fretting) ; - un compromis doit être trouvé afin que le disque aubagé d’une part résiste au fluage, et d’autre part résiste à la traction ; - la géométrie du pied des aubes doit être choisie afin de permettre une insertion dans les alvéoles, limitant ainsi les géométries possibles. La fabrication de disques aubagés monoblocs (DAM) permet de répondre à certaines de ces limitations, en supprimant notamment la partie du pied des aubages. Ces disques aubagés monoblocs (DAM) sont généralement fabriqués soit par usinage dans la masse d’un brut forgé, soit par le soudage des pales constituant l’aubage sur un disque forgé. Or, une telle solution peut néanmoins rencontrer plusieurs difficultés. Par exemple, dans le cas d’un usinage dans la masse, le choix du matériau constitutif des pales est imposé par le matériau retenu pour le disque, empêchant ainsi d’adapter le matériau des pales à leurs sollicitations précises. Dans le cas de l’assemblage disque/pales, la zone assemblée est souvent positionnée dans une zone critique qui peut conduire à sur-dimensionner la pièce afin de répondre aux sollicitations thermomécaniques. Ces procédés font également souvent intervenir une étape où la fusion de la matière intervient, ce qui a un impact négatif sur les matériaux. En outre, dans le cas d’un usinage dans la masse ou dans le cas d’un assemblage disque/pales, l’utilisation de pales monocristallines ou à solidification dirigée est proscrite. La présente invention a donc pour objectif de proposer une solution permettant la fabrication d’un disque aubagé qui résout les problèmes cités précédemment. Selon un premier aspect, l’invention propose un procédé de fabrication d’un disque aubagé monobloc d’une turbomachine, ledit procédé comprenant l’étape suivante : - fabrication d’une pluralité d’aubes, les aubes comprenant d’une part un pied, et d’autre part une portion profilée ; caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - frittage flash des aubes avec une poudre de métal, les aubes étant réparties angulairement sur un contour d’un moule de frittage flash annulaire, le pied des aubes étant noyé dans la poudre de métal, la portion profilée des aubes faisant saillie de la poudre de métal radialement vers l’extérieur. Selon une caractéristique possible, les aubes sont monocristallines. Selon une caractéristique possible, le procédé comprend les étapes suivantes : - placement des aubes dans un premier moule de frittage flash qui comprend une première poudre de métal ; - frittage flash des aubes avec la première poudre de métal de sorte à former un disque intermédiaire ; - placement du disque intermédiaire dans un deuxième moule de frittage flash qui comprend une deuxième poudre de métal ; - frittage flash du disque intermédiaire avec la deuxième poudre de métal. Selon une caractéristique possible, le disque intermédiaire formé par le frittage flash des aubes avec la première poudre de métal comprend un taux de porosité compris entre 30% et 10%. Selon une caractéristique possible, le procédé comprend l’étape suivante : - placement des aubes dans un moule de frittage flash qui comprend une première poudre de métal et une deuxième poudre de métal, le pied des aubes étant noyé dans la première poudre de métal de sorte que la première poudre de métal forme une portion externe d’un moyeu central du disque aubagé à fabriquer, la deuxième poudre de métal étant entourée par la première poudre de métal de sorte que la deuxième poudre de métal forme une portion interne d’un moyeu central du disque aubagé à fabriquer ; - frittage flash des aubes avec la première poudre de métal et la deuxième poudre de métal. Selon une caractéristique possible, le métal de la première poudre de métal présente une résistance au fluage supérieure à celle du métal de la deuxième poudre de métal. Selon une caractéristique possible, le métal de la deuxième poudre de métal présente une résistance à la traction supérieure à celle du métal de la première poudre de métal. Selon une caractéristique possible, le procédé comprend l’étape suivante : - traitement thermique du disque aubagé formé par le frittage flash des aubes avec la poudre de métal. Selon un deuxième aspect, l’invention propose un disque aubagé monobloc de turbomachine obtenu par le procédé selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes. Selon une caractéristique possible, le disque aubagé comprend des aubes monocristallines et un moyeu central polycristallin. Selon un troisième aspect, l’invention propose une turbomachine comprenant un disque aubagé monobloc selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. La figure 1 représente schématiquement un disque aubagé d’une turbomachine. La figure 2 représente schématiquement les étapes d’un procédé de fabrication d’un disque aubagé d’une turbomachine. La figure 3 représente schématiquement les étapes d’un procédé de fabrication d’un disque d’une turbomachine selon une première variante possible. La figure 4 représente schématiquement les étapes d’un procédé de fabrication d’un disque d’une turbomachine selon une deuxième variante possible. La figure 5 représente schématiquement une vue en coupe du frittage flash d’une pluralité d’aubes avec une première poudre de métal. La figure 6 représente schématiquement une vue en coupe du frittage flash d’un disque intermédiaire avec une deuxième poudre de métal. L’invention concerne la fabrication d’un disque aubagé 1 monobloc d’une turbomachine, et notamment un disque aubagé 1 monobloc de turbine. Le disque aubagé peut être un disque de turbine haute pression, c’est-à-dire de la turbine située directement en aval de la chambre de combustion, ou bien un disque de turbine basse pression, c’est-à-dire la turbine située en aval de la turbine haute pression. L’invention est particulièrement adaptée pour fabriquer un disque aubagé de turbine haute pression qui comprend des aubes pleines non refroidies, c’est-à-dire que les aubes sont dépourvues de canaux de refroidissement interne. Le disque aubagé 1 est en métal. Il peut par exemple être en alliage à base de titane, ou bien en alliage à base de nickel, l’alliage étant déterminé suivant les conditions d’utilisation du disque aubagé 1. Notamment, dans le cadre d’un disque de turbine haute pression, l’alliage à base de nickel est avantageux. La turbomachine est une turbomachine d’aéronef, comme par exemple une turbomachine d’avion, ou par exemple une turbomachine d’hélicoptère. L’invention est particulièrement adaptée pour fabriquer un disque aubagé de turbine haute pression d’un moteur d’hélicoptère. Comme illustré sur la figure 1, un disque aubagé 1 est une pièce annulaire avec un axe θ qui comprend une pluralité d’aubes 2 qui sont angulairement réparties sur le contour d’un moyeu central 3. Le disque aubagé 1 étant monobloc, les aubes 2 et le moyeu central 3 sont en une pièce. Comme visible sur les figures 1 et 5, les aubes 2 comprennent chacune d’une part une portion profilée 21 qui présente un intrados et un extrados, et d’autre part un pied 22 qui est fixé au moyeu central 3, la portion profilée 21 et le pied 22 étant séparés par une plateforme 23 qui délimite la veine d’air. Comme illustré sur la figure 2, le procédé de fabrication du disque aubagé 1 comprend les étapes suivantes : - E1 : les aubes 2 sont fabriquées, par exemple en fonderie à la cire perdue. Les aubes 2 sont fabriquées selon leur forme définitive, c’est-à-dire qu’elles comprennent la portion profilée 21 et le pied 22, ainsi que la plateforme 23. Les aubes 2 sont des aubes métalliques. - E2 : les aubes 2 sont ensuite frittées selon un frittage flash (ou « Spark Plasma Sintering » selon la terminologie anglo-saxonne) avec une poudre de métal dans un moule à frittage flash qui possède la forme du disque aubagé 1 à réaliser. Afin de donner sa forme au disque aubagé 1, les aubes 2 sont réparties angulairement sur le contour du moule comme illustré sur les figures 5 ou 6. Le pied 22 des aubes 2 est noyé dans la poudre de métal afin qu’ainsi les aubes 2 soient fixées au moyeu central 3 qui sera formé par la poudre de métal 2 à la fin de l’étape de frittage. La portion profilée 21 des aubes 2 est quant à elle dirigée radialement vers l’extérieur et est située hors de la poudre de métal, faisant ainsi saillie. La poudre de métal peut par exemple être un alliage à base de titane, ou bien un alliage à base de nickel, la composition de la poudre de métal étant choisie en fonction des caractéristiques désirées pour le disque aubagé 1 à fabriquer. Le fait de fabriquer le disque aubagé 1 par frittage flash des aubes 2 avec une poudre de métal destinée à former le moyeu central 3 permet de former un disque aubagé 1 monobloc, évitant ainsi l’usure par frottement entre les aubes 2 et le moyeu central 3. En outre, le fait que le frittage soit un frittage flash permet d’éviter de déstabiliser les structures métallurgiques des différents alliages utilisés pour former les aubes 2 et le moyeu central 3. Notamment, l’utilisation d’un frittage flash permet d’éviter une recristallisation des aubes 2 lorsque les aubes 2 fabriquées sont monocristallines. Ainsi, le disque aubagé 1 peut comprendre des aubes 2 monocristallines et un moyeu central 3 polycristallin, tout en étant un disque aubagé monobloc. Cela est notamment dû à des cycles de densification du frittage flash qui sont courts, par exemple d’une durée inférieure à 15 minutes. De plus, la forme du pied 22 des aubes 2 n’est plus soumise à la contrainte d’insertion dans une alvéole usinée dans le moyeu central 3, permettant ainsi d’utiliser des géométries pour le pied 22 des aubes assurant une meilleure rigidité de la fixation avec le moyeu central 3. De manière également avantageuse, le moyeu central 3 n’a pas besoin d’être usiné pour former des alvéoles destinées à recevoir le pied 22 des aubes 2. Le frittage flash est réalisé en compactant la poudre de métal et les aubes 2 et en appliquant un courant électrique qui traverse la poudre de métal et le pied 22 les aubes 2. Le moule de frittage flash est donc configuré pour d’une part injecter et permettre le passage d’un courant électrique, et d’autre part appliquer une pression. A la fin de l’étape E2 de frittage flash des aubes 2 avec la poudre de métal, le disque aubagé 1 comprenant les aubes 2 réparties angulairement autour du moyeu central 3 est formé. Comme illustré sur la figure 1, un traitement thermique du disque aubagé 1 peut être réalisé après le frittage flash des aubes 2 avec la poudre de métal. Cette étape E3 de traitement thermique est notamment avantageuse afin de donner au moyeu central 3 les propriétés désirées. Cette étape E3 de traitement thermique peut être réalisée directement dans le moule de frittage flash, ou bien peut être réalisée dans un outillage séparé. Le traitement thermique est adapté en fonction du ou des alliages utilisés pour la fabrication du disque aubagé 1. En outre, dans le cas où les aubes 2 sont monocristallines, le traitement thermique est adapté afin d’éviter une recristallisation desdites aubes 2. En outre, une étape d’usinage du disque aubagé 1 peut être réalisée à la fin du procédé de fabrication en tant que finition, afin par exemple d’adapter l’état de surface du disque. Cette étape d’usinage peut notamment être réalisée après l’étape E3 de traitement thermique. Comme cela est illustré sur les figures 3, 4, 5 et 6, plusieurs variantes sont possibles pour mettre en œuvre le procédé de fabrication illustré sur la figure 1. Selon une première variante possible illustrée sur les figures 3, 5 et 6, le moyeu central 3 est fabriqué en plusieurs étapes de frittage flash, tandis que selon une deuxième variante illustrée sur la figure 4, le moyeu central 3 est fabriqué en une seule étape de frittage flash Selon la première variante, après la fabrication des aubes 2, le procédé comprend les étapes suivantes : - E21 : les aubes 2 sont placées dans un premier moule 51 de frittage flash, une première poudre de métal 41 étant également située à l’intérieur dudit premier moule 51. D’une manière similaire à l’étape E2, le pied 22 des aubes 2 est noyé dans la première poudre de métal 41, tandis que la portion profilée 21 fait saillie hors de la première poudre de métal radialement vers l’extérieur. La première poudre de métal 41 est destinée à former une portion externe 31 du moyeu central 3 située au niveau des pieds 22 des aubes 2. - E22 : les aubes 2 et la première poudre de métal 41 sont frittées selon un frittage flash. Un disque intermédiaire 6 formé uniquement des aubes 2 et de la portion externe 31 du moyeu central 3, le disque intermédiaire 6 comprenant ainsi un trou en son centre. La pression appliquée par le premier moule 51 peut être adapté de sorte que la densification du disque intermédiaire ne soit que partiel. Le disque intermédiaire 6 peut par exemple avec un taux de porosité compris entre 30% et 10%. Le taux de porosité peut par exemple compris entre 25% et 15%. Par taux de porosité on comprend ici le volume des porosités divisé par le volume total de la pièce. Un tel taux de porosité permet de manipuler le disque intermédiaire sans risque de rupture. - E23 : Le disque intermédiaire 6 est placé dans un deuxième moule 52 de frittage flash, une deuxième poudre de métal 42 étant également disposée à l’intérieur dudit deuxième moule 42. La deuxième poudre de métal 42 est disposée dans le trou formé au centre du disque intermédiaire 6, et est destinée à former une portion interne 32 du moyeu central 3 qui est entourée par la portion externe 31. - E24 : le disque intermédiaire 6 et la deuxième poudre de métal 42 sont frittées selon un frittage flash, permettant ainsi d’obtenir le disque aubagé 1. La deuxième variante présentée sur la figure 4 diffère de la première variante de la figure 3 en ce que le moyeu central 3 est fabriqué en une unique étape de frittage flash des aubes 2 avec simultanément la première poudre de métal 41 et la deuxième poudre de métal 42. Selon la deuxième variante présentée sur la figure 4, le procédé comprend les étapes suivantes : - E25 : les aubes 2 sont placées dans un moule de frittage flash à l’intérieur duquel la première poudre de métal 41 et la deuxième poudre de métal 42 sont disposées. La première poudre de métal 41 est destinée à former la portion externe 31 du moyeu central 3, et la deuxième poudre de métal 42 est destinée à former la portion interne 32 dudit moyeu central 3. La première poudre de métal 41 est disposée dans le moule afin de recouvrir le pied 22 des aubes 2 et de former une couronne qui entoure la deuxième poudre de métal 42. - E26 : les aubes 2, la première poudre de métal 41, et la deuxième poudre de métal 42 sont frittées selon un frittage flash. Dans les variantes décrites précédemment, la deuxième poudre de métal 42 est différente de la première poudre de métal 41. C’est-à-dire que les compositions des deux poudres métalliques sont différentes, rendant ainsi le moyeu central 3 multi-matériau. Un moyeu central 3 multi-matériau permet d’adapter localement les caractéristiques mécaniques du moyeu central 3 en fonction des contraintes rencontrées. Ainsi, de manière avantageuse, la portion externe 31 du moyeu central 3 est adaptée pour résister d’avantage au fluage, tandis que la portion interne 32 est adaptée pour résister d’avantage à la traction. Le métal de la première poudre de métal 41 présente une résistance au fluage supérieure au métal de la deuxième poudre de métal 42. En outre, le métal de la deuxième poudre de métal 42 présente une résistance en traction supérieure au métal de la première poudre de métal 41. Selon un exemple possible, la première poudre de métal est en super alliage à base de nickel N19, et la deuxième poudre de métal est en super alliage à base de nickel N18. Selon une variante possible, le moyeu central 3 peut être en un unique matériau et est fabriqué en une étape de frittage flash des aubes 2 avec une unique poudre de métal. Plus de deux poudres métalliques de compositions différentes peuvent être utilisées, par exemple trois ou quatre poudres métalliques de compositions différentes, permettant ainsi de réaliser d’autres adaptations locales des propriétés mécaniques du moyeu central 3. Procédé de fabrication d’un disque aubagé (1) monobloc d’une turbomachine, ledit procédé comprenant l’étape suivante : - (E1) : fabrication d’une pluralité d’aubes (2), les aubes (2) comprenant d’une part un pied (22), et d’autre part une portion profilée ; caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : - (E2) : frittage flash des aubes (2) avec une poudre de métal (41, 42), les aubes (2) étant réparties angulairement sur un contour d’un moule (51, 52) de frittage flash annulaire, le pied (22) des aubes (2) étant noyé dans la poudre de métal, la portion profilée des aubes (2) faisant saillie de la poudre de métal radialement vers l’extérieur. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les aubes (2) sont monocristallines. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le procédé comprend les étapes suivantes : - (E21) : placement des aubes (2) dans un premier moule (51) de frittage flash qui comprend une première poudre de métal (41) ; - (E22) : frittage flash des aubes (2) avec la première poudre de métal (41) de sorte à former un disque intermédiaire (6) ; - (E23) : placement du disque intermédiaire (6) dans un deuxième moule (52) de frittage flash qui comprend une deuxième poudre de métal (42) ; - (E24) : frittage flash du disque intermédiaire (6) avec la deuxième poudre de métal (42). Procédé selon la revendication 3, dans lequel le disque intermédiaire (6) formé par le frittage flash des aubes (2) avec la première poudre de métal (41) comprend un taux de porosité compris entre 30% et 10%. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le procédé comprend l’étape suivante : - (E25) : placement des aubes (2) dans un moule de frittage flash qui comprend une première poudre de métal (41) et une deuxième poudre de métal (42), le pied (22) des aubes (2) étant noyé dans la première poudre de métal (41) de sorte que la première poudre de métal (41) forme une portion externe (31) d’un moyeu central (3) du disque aubagé (1) à fabriquer, la deuxième poudre de métal (42) étant entourée par la première poudre de métal (41) de sorte que la deuxième poudre de métal (42) forme une portion interne (32) d’un moyeu central (3) du disque aubagé (1) à fabriquer ; - (E26) : frittage flash des aubes (2) avec la première poudre de métal (41) et la deuxième poudre de métal (42). Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel le métal de la première poudre de métal (41) présente une résistance au fluage supérieure à celle du métal de la deuxième poudre de métal (42). Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le métal de la deuxième poudre de métal (42) présente une résistance à la traction supérieure à celle du métal de la première poudre de métal (41). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le procédé comprend l’étape suivante : - (E3) : traitement thermique du disque aubagé (1) formé par le frittage flash des aubes (2) avec la poudre de métal. Disque aubagé (1) monobloc de turbomachine obtenu par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Disque aubagé (1) selon la revendication 9, dans lequel le disque aubagé (1) comprend des aubes (2) monocristallines et un moyeu central (3) polycristallin. Turbomachine comprenant un disque aubagé (1) monobloc selon l’une quelconque des revendications 9 à 10.