Brevet FR3129854A1 — publié le 20230609

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pluralité d’aubes métalliques de turbomachine par fonderie à la cire perdue comprenant : Réalisation d’une pluralité de modèles d’aubes en cire (36), Fourniture d’un socle (38) de support desdits modèles d’aubes (36), ledit socle (38) comprenant une face annulaire (42) et une face centrale (44) agencées à distance l’une de l’autre selon un axe longitudinal sensiblement perpendiculaire audit socle (38), Agencement desdits modèles d’aubes (36) autour dudit axe longitudinal sur ladite face annulaire (42), Réalisation d’une carapace (70) autour desdits modèles d’aubes (36) et dudit socle (38), Application de ladite face annulaire (42) au contact d’un plateau (34) d’un four. Figure de l’abrégé : Figure 3 FABRICATION D’UNE PLURALITE D’AUBES METALLIQUES DE TURBOMACHINE PAR FONDERIE A LA CIRE PERDUE La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pluralité d’aubes métalliques de turbomachine par fonderie à la cire perdue. Classiquement, la technique de fonderie à cire perdue consiste en premier lieu à réaliser, dans un moule d’injection, un modèle en cire, ou en tout autre matériau facilement éliminable par la suite, de la pièce à réaliser, en l’occurrence une aube de turbomachine. Une pluralité de modèles en cire d’aubes peuvent être assemblés de manière à former une grappe, les modèles en cire étant obtenus séparément. Chaque modèle en cire d’aube comprend un pied et une tête espacés l’un de l’autre selon une direction longitudinale du modèle. La grappe en cire est ensuite trempée plusieurs fois dans des solutions, dites barbotines, constituées d’une suspension de particules céramiques pour confectionner, par des opérations dites de stucage et de séchage, une carapace. On procède ensuite au décirage de la grappe, la cire étant éliminée de manière à ne conserver que la carapace. Cette étape vise de manière plus générale l’élimination de tout matériau éliminable constituant le modèle d'origine d’une aube. L’élimination de la cire ou de tout matériau éliminable est réalisé par fusion de la cire dans un autoclave dans lequel la carapace recouvrant la grappe est placée. Après cette élimination, on obtient un moule céramique, c’est-à-dire la carapace durcie, dont les différentes cavités reproduisent toutes les formes des aubes. La carapace est ensuite placée dans un four dans lequel elle subit un traitement thermique, c’est-à-dire une « cuisson » à haute température qui lui confère les propriétés mécaniques nécessaires. La carapace est alors prête pour la fabrication des aubes métalliques par coulée. A cette fin, la carapace peut être reliée à une structure comprenant un ou plusieurs bras qui connectent les cavités de la carapace à un godet de réception du métal fondu. Après contrôle de l'intégrité interne et externe de la carapace, l'étape suivante consiste à couler le métal en fusion, qui vient occuper les cavités formées dans la carapace, puis à le solidifier. Dans le domaine de la fonderie à cire perdue, on distingue actuellement plusieurs techniques de solidification et plusieurs techniques de coulée, selon la nature de l'alliage et les propriétés attendues de la pièce ou des pièces résultant de la coulée. Il peut s'agir de solidification dirigée à structure colonnaire (DS), de solidification dirigée à structure monocristalline (SX) ou de solidification équiaxe (EX). Lors de la coulée du métal, la carapace est avantageusement maintenue dans le four. Après la coulée et la solidification de l'alliage, on casse la carapace par une opération de décochage (non représentée). L'aube métallique obtenue subit ensuite des opérations de parachèvement qui permettent d'obtenir la pièce finie. Des exemples de réalisation d'aubes de turbine par la technique de fonderie à la cire perdue sont donnés dans les demandes de brevets FR2875425 et FR2874186 de la demanderesse. La montre une coupe selon un plan Y-Z d’un socle 20 selon la technique antérieure destiné à recevoir une pluralité de modèles en cire d’aubes. Le socle 20 est fait par exemple en matériau céramique. La direction Z correspond à la direction d’extension du modèle en cire de l’aube entre son pied et sa tête. Le socle 20 a par exemple la forme d’un disque, avec une face supérieure 21 et une face inférieure 23. Le socle 20 comprend en outre une pluralité de parties en saillie 22 et d’embases 24 disposées sur la face supérieure 21 du socle 20 et faisant saillie selon la direction Z. Les parties en saillie 22 comprennent des nervures 26 réparties angulairement autour d’un axe longitudinal A sensiblement parallèle à la direction Z. Les nervures 26 s’étendent par exemple radialement par rapport à l’axe longitudinal A. Les embases 24 s’étendent sensiblement parallèlement à la direction Z depuis la face supérieure 21 du socle 20 et présentent une forme générale incurvée avec une face concave 28 et une face convexe 30. Les embases 24 sont régulièrement réparties autour de l’axe longitudinal A et sont agencées radialement à l’extérieur des nervures 26. Chaque embase 24 est destinée à recevoir le pied d’un modèle en cire, qui correspond au sommet de l’aube qui sera obtenue. Lors du trempage de la grappe 6, la face supérieure 21 du socle 20 est aussi recouverte de barbotine, tandis que la face inférieure 23 n’est pas trempée. Comme visible sur la , le socle 20 est sensiblement plan, de sorte que sa face inférieure 23 est au contact d’un plateau du four lorsque la carapace obtenue après décirage est dans le four. Pour limiter la température du plateau du four, un circuit de fluide de refroidissement, par exemple un circuit d’eau (non représenté), dont la température, est par exemple d’environ 17°C, est prévu à proximité du plateau du four. On comprend donc que la température du plateau du four est inférieure à la température du socle 20, ce qui provoque une transmission de chaleur entre le socle 20 et le plateau. Plus précisément, un transfert de calories (ou inversement de frigories) a lieu du socle 20 vers le plateau du four (ou inversement du plateau du four vers le socle 20), ce qui conduit à baisser la température du socle 20 au niveau de la zone de contact avec le plateau du four, ainsi que la température de la carapace, notamment d’une partie basse de celle-ci. La baisse de température du socle 20 et de la partie basse de la carapace peut être compensée par une augmentation de la chaleur rayonnée par le four ou par une augmentation de la température du métal coulé dans les cavités de la carapace. Cependant, cela implique une augmentation de la consommation d’énergie nécessaire à la fabrication des aubes. Par ailleurs, la chaleur rayonnée par les parois latérales du four est notamment reçue au niveau de la surface externe de la carapace, correspondant à la surface qui fait face aux parois latérales du four. Le reste de la carapace, et notamment sa surface interne, reçoivent moins de chaleur, ce qui crée des différences de température dans le volume de la carapace. Cette différence de température est encore accrue du fait de l’abaissement de la température au niveau du contact entre le socle 20 et le plateau du four. Ces différences de température donnent lieu à un front de solidification du métal qui est ondulé, avec une pluralité de lignes incurvées. Lorsque le front de solidification du métal est ondulé, des défauts peuvent apparaitre et conduire à une diminution des performances mécaniques des pièces obtenues. Ces défauts sont notamment la formation de dendrites dans la structure interne métallique obtenue. L’invention a notamment pour but d’apporter une solution simple, efficace et économique aux problèmes de l’art antérieur décrit précédemment. Résumé A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’une pluralité d’aubes métalliques de turbomachine par fonderie à la cire perdue comprenant : Réalisation d’une pluralité de modèles d’aubes en cire, Fourniture d’un socle de support desdits modèles d’aubes, ledit socle comprenant une face annulaire et une face centrale agencées à distance l’une de l’autre selon un axe longitudinal sensiblement perpendiculaire audit socle, Agencement desdits modèles d’aubes autour dudit axe longitudinal sur ladite face annulaire, Réalisation d’une carapace autour desdits modèles d’aubes et dudit socle, Application de ladite face annulaire au contact d’un plateau d’un four. Selon l’invention, la face annulaire et la face centrale du socle étant agencées à distance l’une de l’autre selon l’axe longitudinal sensiblement perpendiculaire audit socle, seulement la face annulaire est appliquée au contact du plateau du four. Ceci limite la transmission de chaleur depuis le socle vers le plateau du four. Il est ainsi possible de conserver une température plus élevée pour le socle en comparaison de la technique antérieure, tout autre paramètre de fonctionnement étant inchangé par ailleurs. Ceci permet de limiter l’abaissement de la température de la partie basse de la carapace. Selon une autre caractéristique, le procédé comprend une étape d’application de moyens d'isolation thermique sur la face centrale dudit socle. Selon l’invention, l’application de moyens d’isolation thermique sur la face centrale du socle, permet d’isoler thermiquement le plateau du four du socle, ce qui limite la transmission de chaleur depuis le socle vers le plateau du four. Il est ainsi possible de conserver une température plus élevée pour le socle et la partie base de la carapace en comparaison de la technique antérieure, tout autre paramètre de fonctionnement étant inchangé par ailleurs. Selon une autre caractéristique, lesdits moyens d’isolation thermique sont agencés à distance longitudinalement du plateau du four. Selon l’invention, les moyens d’isolation thermique étant agencés à distance longitudinalement du plateau du four, un contact entre les moyens d’isolation thermique et le plateau du four est évité, ce qui évite de refroidir les moyens d’isolation thermique par contact avec le plateau du four. Selon une autre caractéristique, les moyens d’isolation thermique comprennent un disque, par exemple en feutre de carbone. La forme spécifique d’un disque pour les moyens d’isolation thermique permet de limiter, de manière uniforme sur 360°, la transmission de chaleur à l’intérieur de la carapace. De cette manière, chaque cavité de la carapace destinée à recevoir une coulée de métal est soumise à un même gradient thermique. Chaque pièce métallique obtenue devrait donc avoir les mêmes propriétés mécaniques. Par ailleurs, le disque permet d’obtenir le meilleur rapport entre l’aire des moyens d’isolation thermique et la quantité de matériau, en l’espèce feutre de carbone, employé pour les fabriquer. Le coût de fabrication des moyens d’isolation thermique est ainsi diminué tout en maintenant une bonne isolation thermique de la carapace Selon une autre caractéristique, ladite face centrale du socle forme une paroi de fond d’un logement délimité en périphérie par une face annulaire cylindrique de liaison à la face annulaire et par le plateau du four. Selon l’invention, le logement est en particulier dimensionné pour recevoir les moyens d’isolation thermique, de sorte à faciliter leur installation. Selon une autre caractéristique, le logement présente la forme d’un disque. Le logement et les moyens d’isolation thermique présentent en particulier des formes complémentaires. Selon une autre caractéristique, lors du procédé on réalise au moins un orifice traversant le socle et débouchant longitudinalement au niveau d’une première extrémité sur la face centrale du socle et au niveau d’une seconde extrémité opposée, ledit orifice étant obturé au niveau de sa seconde extrémité par une protubérance préalablement à l’étape d). Selon l’invention, l’au moins un orifice permet le passage des moyens de fixation des moyens d’isolation thermique dans le logement délimité par le plateau du four et les faces centrale et annulaire cylindrique de liaison à la face annulaire du socle. Ledit orifice étant obturé au niveau de sa seconde extrémité par une protubérance préalablement à l’étape d), la carapace recouvre cette protubérance lors de l’étape d), de sorte à créer un logement dans la carapace permettant d’améliorer le maintien en position des moyens de fixation une fois installés. Le logement créé a avantageusement une forme complémentaire à celle desdits moyens de fixation Selon une autre caractéristique, le procédé comprend des moyens de fixation par coopération de forme des moyens d’isolation thermique sur la face centrale dudit socle. Les moyens de fixation par coopération de forme permettent une fixation rapide et fiable des moyens d’isolation thermique dans le logement délimité par le plateau du four et les faces centrale et annulaire cylindrique de liaison à la face annulaire du socle. Ainsi, les moyens d’isolation sont maintenus en position dans le logement de sorte à limiter la transmission de chaleur depuis la carapace vers le plateau du four. La fixation des moyens d’isolation thermique peut être réalisée par un mouvement de translation selon l’axe de la couronne ou grappe puis par un mouvement de rotation autour dudit axe. Selon une autre caractéristique, les moyens de fixation par coopération de forme comprennent des pions fixés au socle, ces pions étant engagés et retenus longitudinalement dans des ouvertures des moyens d’isolation thermique. La fixation des pions au socle est par exemple réalisée par collage, emmanchement en force ou encliquetage des moyens de fixation. Selon une autre caractéristique, lesdits pions sont engagés et retenus longitudinalement dans les orifices du socle. Ainsi, les pions peuvent être retenus dans les logements prévus sur la carapace et qui ont une forme complémentaire à la forme des moyens de fixation. Selon une autre caractéristique, les moyens de fixation par coopération de forme sont agencés à distance longitudinalement du plateau du four, par exemple 3 mm. Ceci permet d’éviter tout contact entre les moyens de fixation et le plateau du four, ce qui limite également le transfert de chaleur depuis la carapace vers le plateau du four. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 est une vue schématique en perspective d’une coupe d’un modèle en cire d’un socle utilisé pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’une pluralité d’aubes métalliques de turbomachine par fonderie à la cire perdue selon la technique antérieure et déjà décrit précédemment. Fig. 2 est une vue schématique en perspective d’une coupe d’un modèle en cire d’un socle utilisé pour la mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’une pluralité d’aubes métalliques de turbomachine par fonderie à la cire perdue selon l’invention. Fig. 3 montre une vue schématique de face d’un détail d’une carapace d’une grappe en cire obtenue à partir du procédé selon l’invention et portée par le socle de la . Fig. 4 montre une vue schématique en perspective des moyens d’isolation thermique selon l’invention. Fig. 5 montre une vue schématique en perspective d’un moyen de fixation par coopération de forme selon l’invention. Procédé de fabrication d’une pluralité d’aubes métalliques de turbomachine par fonderie à la cire perdue comprenant : Réalisation d’une pluralité de modèles d’aubes en cire (36), Fourniture d’un socle (38) de support desdits modèles d’aubes (36), ledit socle (38) comprenant une face annulaire (42) et une face centrale (44) agencées à distance l’une de l’autre selon un axe longitudinal (B) sensiblement perpendiculaire audit socle (38), Agencement desdits modèles d’aubes (36) autour dudit axe longitudinal (B) sur ladite face annulaire (42), Réalisation d’une carapace (70) autour desdits modèles d’aubes (36) et dudit socle (38), Application de ladite face annulaire (42) au contact d’un plateau (34) d’un four. Procédé selon la revendication 1, comprend une étape d’application de moyens d'isolation thermique (76) sur la face centrale (44) dudit socle (38). Procédé selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens d’isolation thermique (76) sont agencés à distance longitudinalement du plateau (34) du four. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les moyens d’isolation thermique (76) comprennent un disque, par exemple en feutre de carbone. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite face centrale (44) du socle (38) forme une paroi de fond d’un logement (72) délimité en périphérie par une face annulaire cylindrique (45) de liaison à la face annulaire (42) et par le plateau (34) du four. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le logement (72) présente la forme d’un disque. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel on réalise au moins un orifice traversant le socle (38) et débouchant longitudinalement au niveau d’une première extrémité sur la face centrale (44) du socle (38) et au niveau d’une seconde extrémité opposée, ledit orifice étant obturé au niveau de sa seconde extrémité par une protubérance (60) préalablement à l’étape d). Procédé selon l'une des revendications précédentes et la revendication 2, comprenant des moyens de fixation (64) par coopération de forme des moyens d’isolation thermique (76) sur la face centrale (44) dudit socle (38). Procédé selon la revendication 8, dans lequel les moyens de fixation (64) par coopération de forme comprennent des pions fixés au socle (38), ces pions (64) étant engagés et retenus longitudinalement dans des ouvertures (78) des moyens d’isolation thermique (76). Procédé selon la revendication 7 et la revendication 9, dans lequel lesdits pions (64) sont engagés et retenus longitudinalement dans les orifices du socle (38). Procédé selon l’une des revendications 8 à 10, dans lequel les moyens de fixation (64) par coopération de forme sont agencés à distance longitudinalement du plateau (34) du four, par exemple 3 mm.