Brevet FR3148058A1 — publié le 20241025

La présente divulgation concerne une ébauche d’aube de turbomachine obtenue par coulée de métal, comprenant une première direction (Z) le long de laquelle sont formés successivement une pale (13), une plateforme (12) et un pied (11), la plateforme (12) s’étendant selon une deuxième direction (X) sensiblement perpendiculaire à la première direction (Z), la pale (13) comprenant une face d’intrados (14) et une face d’extrados (15) reliées l’une à l’autre par un bord de fuite (16) et un bord d’attaque (17), le pied comprenant des surfaces de retenues (23, 24) selon la première direction (Z) de l’aube en rotation destinées à coopérer avec des surfaces correspondantes d’un disque de turbomachine, l’ébauche d’aube (100) étant remarquable en ce qu’elle comprend au moins un voile (200) s’étendant selon une troisième direction (Y) sensiblement perpendiculaire aux première et deuxième directions (Z,X), ce voile reliant une surface de retenue (25) selon la première direction à la plateforme. Figure 2 Ebauche d’aube de turbomachine obtenue par coulée de métal et procédé de fabrication d’une telle ébauche. La présente divulgation relève du domaine des aubages de turbomachine, celui en particulier des ébauches d’aubes obtenues par coulée d’un alliage en fusion dans un moule selon la technique de fonderie en matériau éliminable, tel que par exemple la cire perdue, de sorte à obtenir des aubes finales. Classiquement, la technique de fonderie à cire perdue consiste en premier lieu à réaliser un modèle en cire, ou en tout autre matériau facilement éliminable par la suite, de la pièce à réaliser ; ce modèle étant équivalent de l’aubage que l’on veut mouler et pouvant comprendre une pièce interne formant un noyau en céramique qui figure les cavités que l’on souhaite voir apparaitre à l’intérieur de l’aubage. Le modèle en cire est ensuite trempé plusieurs fois dans des barbotines constituées d’une suspension de particules céramiques pour confectionner, par des opérations dites de stucage et de séchage, un moule carapace. Le moule carapace enveloppe ainsi le modèle cire. On procède ensuite au décirage du moule carapace, qui est une opération par laquelle on élimine de la carapace la cire ou le matériau constituant le modèle d'origine. Après cette élimination, on obtient un moule céramique dont la cavité reproduit toutes les formes de l'aube et qui renferme encore, le cas échéant, le noyau céramique destiné à générer les cavités internes de celle-ci. Le moule subit ensuite un traitement thermique à haute température ou « cuisson » qui lui confère les propriétés mécaniques nécessaires. Le moule carapace est alors prêt pour la fabrication de la pièce métallique par coulée. Après contrôle de l'intégrité interne et externe du moule carapace, l'étape suivante consiste à couler un métal en fusion, qui vient occuper les vides du moule carapace, puis à le solidifier. On obtient ainsi une ébauche d’aube, c’est-à-dire une pièce semi-finie, correspondant sensiblement à l’aube finale mais nécessitant une ou plusieurs étapes supplémentaires par exemple de traitement de surface ou parachèvement de sorte à obtenir une aube finale répondant aux critères géométriques imposés. 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 résultant de la coulée. Il peut s'agir par exemple de solidification dirigée à structure colonnaire (DS), de solidification dirigée à structure monocristalline (SX) ou de solidification équiaxe (EX). Après la coulée de l'alliage, on casse la carapace par une opération de décochage. Ensuite, au cours d'une autre étape, le cas échéant, on élimine chimiquement le noyau céramique qui est resté enfermé dans l'ébauche d’aube obtenue. L'ébauche d’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 illustre une aube 10 de turbomachine connue de la technique antérieure. La flèche F sur la indique le sens d’écoulement des gaz au travers une turbomachine, les termes « amont » et « aval » étant par la suite définis par rapport à cette flèche F. Selon une première direction, également décrite comme la direction longitudinale Z dans la suite de l’exposé, une telle aube 10 comprend principalement un pied 11, une plateforme 12 et une pale 13. La pale 13 et le pied 11 s’étendent principalement selon la direction longitudinale Z tandis que la plateforme 12 s’étend principalement selon une deuxième direction, également décrite comme la direction axiale X dans la suite de l’exposé, cette direction axiale X étant sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale Z. L’aube 10 comprend en outre une échasse 18 reliant le pied 11 à la plateforme 12. La pale 13 comprend une face d’intrados 14 (visible sur la ) et une face d’extrados 15 reliées l’une à l’autre par un bord de fuite 16 en aval et un bord d’attaque 17 en amont. Classiquement, chaque aube 10 est montée sur un disque de turbine, par exemple haute pression, le pied 11 de l’aube 10 étant monté dans une rainure de la jante du disque, et la pale 13 s’étendant radialement vers l’extérieur depuis le pied 11 de l’aube 10. Le pied 11 de chaque aube 10 est au moins en partie reçu longitudinalement et retenu radialement dans l’une des rainures de la jante du disque. Le pied 11 de chaque aube 10 a ici une section (dans une troisième direction, appelée direction transversale Y dans la suite de l’exposé) en forme de lobes, le pied 11 pouvant comprendre longitudinalement un premier lobe 21 et un second lobe 22. Chaque lobe 21, 22 comprend respectivement une première surface de retenue 23 et une seconde surface de retenue 24, également appelées communément bulbes ou portées, destinées à coopérer avec une surface correspondante d’un disque de turbomachine. La première surface de retenue 23 est positionnée entre la plateforme 12 et la seconde surface de retenue 24. Les première et deuxième surfaces de retenue 23, 24 maintiennent radialement le pied 11 de l’aube en rotation dans la rainure du disque. En outre, toujours tel qu’illustré à la , une portion de renfort amont 25, également communément appelée becquet amont, s’étend dans la direction transversale Y, cette direction Y étant sensiblement perpendiculaire aux direction longitudinale Z et axiale X, c’est-à-dire dans un plan formé par les directions longitudinale Z et transversale Y, depuis la plateforme 12 vers le pied 11. Sur la , la portion de renfort amont 25 est agencée à proximité de la face amont 26 du pied 11, et en particulier dans le prolongement longitudinal de la face amont 26. La portion de renfort amont 25 comprend ainsi une face amont commune à la face amont 26 du pied 11, une face aval 29 de portion de renfort amont opposée à la face amont 26, et une face longitudinale de portion de renfort amont 30 unissant les faces amont et aval de la portion de renfort amont 25. Une portion de renfort aval 28 peut en outre être agencée à proximité de la face aval 27 du pied 11, en particulier dans le prolongement longitudinal de la face aval 27. Au cours d’un procédé classique de fusion d’un alliage dans un moule carapace obtenu selon la technique de la fonderie à la cire perdue, plusieurs aubes sont coulées simultanément, dans une grappe de coulée. L’alliage est introduit en partie supérieure de la grappe, et rempli ainsi par gravité le moule carapace. La partie inférieure du moule est ainsi remplie avant la partie supérieure. On comprend donc que le front de solidification de l’alliage se déplace depuis la partie inférieure vers la partie supérieure du moule carapace. Selon la pratique courante, le moule carapace est agencé dans la grappe de sorte que la pale 13 est positionnée en partie inférieure, et le pied 11 est positionné en partie supérieure. Par conséquent, le front de solidification se déplace depuis la pale 13 vers le pied 11, et donc la pale 13 est coulée avant le pied 11. La fabrication d’aubes en nouveaux alliages métalliques, comprenant par exemple du rhénium Re et/ou du ruthénium Ru, permet une sollicitation accrue de ces pièces en fonctionnement en comparaison avec des alliages couramment utilisés, de type AM1. Néanmoins, il a été observé que ces nouveaux alliages entrainent l’apparition de défaut de moulage au cours de la solidification du métal, ce qui fragilise la pièce et la rend non-conforme. Les défauts observés peuvent être par exemple de type retassure, c’est-à-dire un défaut sous la forme d’une cavité se formant dans la partie massive d'une pièce métallique coulée et due à la contraction du métal lors de sa solidification. En particulier, un tel défaut de type retassure peut être observé sur l’une des portions de renfort amont 25 ou aval 26 de l’aube 10. La présente divulgation a donc notamment pour but de pallier ces défauts de solidification pouvant apparaitre sur les ébauches d’aubes obtenues par coulée d’un alliage métallique. Résumé A cet effet, la présente divulgation propose une ébauche d’aube de turbomachine obtenue par coulée de métal, comprenant une première direction le long de laquelle sont formés successivement une pale, un pied et une plateforme s’étendant selon une deuxième direction sensiblement perpendiculaire à la première direction, la pale comprenant une face d’intrados et une face d’extrados reliées l’une à l’autre par un bord de fuite et un bord d’attaque, le pied comprenant des surfaces de retenues selon la première direction de l’aube en rotation destinées à coopérer avec des surfaces correspondantes d’un disque de turbomachine, dans laquelle l’ébauche d’aube comprend au moins un voile s’étendant selon une troisième direction sensiblement perpendiculaire aux première et deuxième directions, ce voile reliant une surface de retenue selon la première direction à la plateforme. Le voile peut en outre présenter les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : le voile est formé à l’extrémité amont du pied de l’aube ; le voile peut être formé du même côté que le côté de la face d’extrados et/ou intrados de la pale ; le voile présente une première face incurvée concave orientée vers l’amont ; le voile présente une seconde face incurvée convexe orientée vers l’aval. Le pied peut en outre comprendre, du même côté que le côté de la face d’extrados et/ou intrados de la pale, selon la première direction, une première surface de retenue et une seconde surface de retenue, la première surface de retenue étant positionnée selon la première direction entre la plateforme et la seconde surface de retenue, le voile reliant la première surface de retenue à la plateforme. La plateforme peut en outre comprendre une portion une portion de renfort pour la liaison au voile, ladite portion de renfort s’étendant selon la troisième direction et présentant une face longitudinale, l’épaisseur du voile étant comprise entre 0,2 et 0,8 fois l’épaisseur de la face longitudinale de portion de renfort amont . La présente divulgation propose également un procédé de fabrication d’une aube de turbomachine à partir d’un modèle en matériau éliminable de géométrie et de dimensions correspondant à celles de l’ébauche d’aube définie ci-avant, le procédé comprenant : - former un moule carapace autour du modèle le moule carapace définissant une empreinte apte à obtenir ladite ébauche d’aube, - éliminer le modèle du moule carapace, - orienter le moule carapace de manière à ce que, pour l’ébauche d’aube, la première direction soit orientée verticalement et de manière à ce que la tête soit en position basse et le pied en position haute, et - couler du métal dans le moule carapace, en partie supérieure dudit moule. Au cours du procédé, une pluralité de moules carapace peuvent être répartis circonférentiellement autour d’un axe parallèle à la première direction pour l’ébauche d’aube de chacun des moules. Par la suite, on supprime le voile de l’ébauche d’aube pour obtenir l’aube. 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 montre une vue partielle en perspective d’une aube de l’art antérieur, depuis sa face aval. Fig. 2 montre une vue partielle en perspective d’une ébauche d’aube selon la présente divulgation, depuis sa face amont. Fig. 3 montre une vue longitudinale partielle de l’ébauche d’aube de la , illustrant un voile selon la présente divulgation. Fig. 4 montre une vue depuis la face amont de l’ébauche d’aube de la . Fig. 5 est une vue longitudinale de l’ébauche d’aube de la . Fig. 6A illustre une coulée d’un alliage pour l’obtention d’une aube de l’art antérieur. Fig. 6B illustre une coulée d’un alliage pour l’obtention d’une ébauche d’aube selon la présente divulgation. Les figures 2 à 5 illustrent un exemple d’ébauche d’aube 100 selon la présente divulgation, l’ébauche d’aube 100 n’étant représentée que partiellement. L’ébauche d’aube 100 est similaire à l’aube 10 représentée à la , à la différence qu’elle comprend en outre un voile 200. Le voile 200 est agencé entre la portion de renfort amont 25 et la première surface de retenue 23, de sorte à former un prolongement de matière entre la portion de renfort amont 25 et la première surface de retenue 23 qui le délimitent. Le voile 200 illustré sur les figures 2-5 est formé à l’extrémité amont 26 du pied 11 de l’aube 10. Selon un autre exemple, le voile peut être formé à l’extrémité aval 27 du pied 11. Selon encore un autre exemple, chaque extrémité amont et aval 26, 27 peut comporter chacune un voile. Sur l’exemple illustré sur les figures, le voile 200 est formé du même côté que le côté de la face d’extrados 15 de la pale 13. Alternativement, le voile 200 peut être formé du même coté de la face d’intrados de la pale 13. On peut également prévoir deux voiles, chacun étant agencé d’un côté des faces de la pale 13. Selon l’exemple illustré et mieux visible à la , le voile 200 peut présenter une première face incurvée 201, celle-ci étant concave vers l’amont. Le voile 200 peut en outre présenter une deuxième face incurvée 202, celle-ci étant convexe vers l’aval. Les première et deuxième faces incurvées 201, 202 permettent de ne pas complexifier le démoulage de l’ébauche d’aube en comparaison avec une ébauche qui ne comporterait pas le voile 200. L’épaisseur L200 du voile 200 peut être mesurée entre les première et deuxième faces incurvées 201, 202, dans la direction axiale X. Cette épaisseur L200 peut être inférieure à l’épaisseur L30 de la face longitudinale de portion de renfort amont 25. A titre d’exemple, l’épaisseur L200 peut être comprise entre 0,2 et 0,8 fois l’épaisseur L30 de la face longitudinale de portion de renfort amont 30. De ce fait, le voile 200 et la portion de renfort amont 25 sont raccordées ensemble par un rayon de raccordement de la portion de renfort amont R25 et par un rayon de raccordement de voile R200, dont le rapport est inférieur ou égal à 0,5 (R30/R200 ≤ 0,5), et de préférence compris entre 0,3 et 0,4, et par exemple égal à 0,37. Ces dimensions garantissent une épaisseur de voile qui ne déborde pas sur les rayons de raccord de la portion de renfort amont, ce qui rend la reprise en usinage de la zone après suppression du voile la plus simple possible. Avantageusement, le voile 200 élimine les défauts de solidification observés et notamment le phénomène de retassure détaillé plus haut, sur la portion de renfort amont 25, ou alternativement sur l’extrémité aval 27 si le voile 200 y est agencé. Selon l’exemple dans lequel le voile est agencé entre la portion de renfort amont 25 et la première surface de retenue 23, tel qu’illustré sur les figures 2 à 5, le voile 200 fournit un front d’alimentation continu en alliage chaud sur la portion de renfort amont, ce qui améliore la solidification de ladite portion. A titre de comparaison, la illustre la solidification de l’alliage au cours de sa coulée pour former une aube conventionnelle sans voile, et la illustre également la solidification du même alliage, pour former une ébauche d’aube comprenant un voile 200. Sur la , dans la zone encerclée, le front de solidification est interrompu sur la portion de renfort amont 25, ce qui crée une zone isolée 35 en extrémité de portion de renfort amont 30. Il y a ainsi déjà eu une solidification autour de cette zone isolée 35, qui n’est alors plus alimentée en alliage fondu. Au cours de la solidification, l’alliage subit un retrait, ce qui se traduit par une diminution du volume occupé. La zone isolée 35, du fait de sa rupture en alimentation en alliage fondu, subit donc un phénomène de retrait sans compensation par un apport en alliage fondu, ce qui entraine une retassure de cette zone isolée 35. Sur la , le front de solidification se déplace progressivement depuis la plateforme 12 jusqu’à la première surface de retenue 23, c’est-à-dire sans interruption du front de solidification. Le voile 200 apporte ainsi une zone d’alimentation en alliage fondu de sorte à ne pas interrompre l’alimentation dans la portion de renfort amont 25. Grâce au voile 200, le front de solidification reste continu dans la zone de portion de renfort amont 25. Par ailleurs, la présence du voile 200 n’est pas compatible avec l’aube finale. Le voile 200 est donc présent uniquement sur l’ébauche d’aube 100, et non sur l’aube finale. En effet, la présence de ce voile 200 empêche l’insertion longitudinale du pied de l’aube dans la rainure de la jante du disque. En outre, le voile 200 peut être défini par son volume. De préférence, le volume du voile est compris entre 16,5 cm 3 et 18,3 cm 3 , ce qui correspond à un volume 3,5 à 5 fois plus grand que le volume de la zone où peut se produire le phénomène de retassure observé sur une aube de l’art antérieur. Pour fabriquer l’ébauche d’aube 100 décrite ci-avant, le procédé de fabrication peut être décrit comme ci-dessous. Le procédé comprend une étape préalable de préparation d’un moule carapace de forme complémentaire à celle de l’ébauche d’aube que l’on souhaite obtenir. On forme ainsi un moule carapace autour d’un modèle en matériau éliminable de géométrie et de dimensions correspondant à celles de ladite ébauche d’aube 100, le moule carapace définissant une empreinte apte à obtenir ladite ébauche d’aube. Plusieurs moules peuvent être réunis ensemble dans une grappe de coulée de sorte à couler plusieurs pièces simultanément. Chaque moule est orienté de sorte que la pièce obtenue soit orientée avec la pale dirigée vers le bas, et le pied dirigé vers le haut. On procède ensuite à la coulée de l’alliage dans le moule carapace, depuis la partie supérieure dudit moule. Après solidification de l’alliage coulé dans le moule, on obtient alors une ébauche d’aube 100, comprenant le voile 200. Suite à la fabrication de ladite l’ébauche d’aube 100, celle-ci doit encore subir une ou plusieurs étapes d’usinage de sorte à obtenir l’aube finale, et notamment une étape dans laquelle le voile 200 est supprimé de l’ébauche d’aube 100, ce voile représentant un volume non-fonctionnel de matière. On procède alors au parachèvement de la face longitudinale de portion de renfort amont 30. Ebauche d’aube de turbomachine obtenue par coulée de métal, comprenant une première direction (Z) le long de laquelle sont formés successivement une pale (13), une plateforme (12) et un pied (11), la plateforme (12) s’étendant selon une deuxième direction (X) sensiblement perpendiculaire à la première direction (Z), la pale (13) comprenant une face d’intrados (14) et une face d’extrados (15) reliées l’une à l’autre par un bord de fuite (16) et un bord d’attaque (17), le pied comprenant des surfaces de retenues (23, 24) selon la première direction (Z) de l’aube en rotation destinées à coopérer avec des surfaces correspondantes d’un disque de turbomachine, caractérisé en ce que l’ébauche d’aube (100) comprend au moins un voile (200) s’étendant selon une troisième direction (Y) sensiblement perpendiculaire aux première et deuxième directions (Z,X), ce voile reliant une surface de retenue (23) selon la première direction à la plateforme (12). Ebauche d’aube selon la revendication 1, dans laquelle le voile (200) est formé à l’extrémité amont (26) du pied (11). Ebauche d’aube selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le voile (200) est formé du même côté que le côté de la face d’extrados (15) ou intrados (14) de la pale (13). Ebauche d’aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le pied (11) comprend, du même côté que le côté de la face d’extrados (15) ou intrados (14) de la pale (13), selon la première direction (Z), une première surface de retenue (23) et une seconde surface de retenue (24), la première surface de retenue (23) étant positionnée selon la première direction (Z) entre la plateforme (12) et la seconde surface de retenue (24), le voile (200) reliant la première surface de retenue (23) à la plateforme (12). Ebauche d’aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le voile (200) présente une première face (201) incurvée concave orientée vers l’amont selon la deuxième direction (X). Ebauche d’aube selon la revendication 5, dans laquelle le voile (200) présente une seconde face (202) incurvée convexe orientée vers l’aval selon la deuxième direction (X). Ebauche d’aube selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la plateforme (12) comprend une portion de renfort (25, 28) pour la liaison au voile (200), ladite portion de renfort (25, 28) s’étendant selon la troisième direction (Y) et présentant une face longitudinale (30), l’épaisseur (L200) du voile (200) étant comprise entre 0,2 et 0,8 fois l’épaisseur (L30) de la face longitudinale de portion de renfort amont (30). Procédé de fabrication d’une aube de turbomachine à partir d’un modèle en matériau éliminable de géométrie et de dimensions correspondant à celles de l’ébauche d’aube (100) définie selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant : - former un moule carapace autour du modèle, le moule carapace définissant une empreinte apte à obtenir ladite ébauche d’aube (100), - éliminer le modèle du moule carapace, - orienter le moule carapace de manière à ce que, pour l’ébauche d’aube, la première direction soit orientée verticalement et de manière à ce que la tête soit en position basse et le pied en position haute, - couler du métal dans le moule carapace, en partie supérieure dudit moule. Procédé selon la revendication 8, dans lequel une pluralité de moules carapace sont répartis circonférentiellement autour d’un axe parallèle à la première direction pour l’ébauche d’aube de chacun des moules. Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel on supprime le voile (200) de l’ébauche d’aube (100) pour obtenir l’aube.