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Four de refroidissement par solidification dirigée et procédé de
refroidissement utilisant un tel four
DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La présente
invention concerne le domaine du refroidissement
de pièces métalliques fabriquées par fonderie, plus particulièrement un
four de refroidissement par solidification dirigée pour pièce métallique de
fonderie, et un procédé de refroidissement par solidification dirigée d'une
pièce métallique de fonderie utilisant un tel four.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0002] Des procédés de
fonderie dits à cire perdue ou à modèle perdu
sont particulièrement adaptés pour la production de pièces métalliques de
formes complexes. Ainsi, la fonderie à modèle perdu est notamment
utilisée pour la production d'aubes de turbomachines.
[0003] Dans la fonderie à
modèle perdu, la première étape est la
réalisation d'un modèle en matériau à température de fusion
comparativement peu élevée, comme par exemple une cire ou résine, sur
laquelle est ensuite surmoulé un moule. Après consolidation du moule, le
matériau est évacué de l'intérieur du moule. Un métal en fusion est
ensuite coulé dans ce moule, afin de remplir la cavité formée par le
modèle dans le moule après son évacuation. Une fois que le métal est
refroidit et complètement solidifié, le moule peut être ouvert ou détruit
afin de récupérer une pièce métallique conforme à la forme du modèle.
[0004] Afin de pouvoir
produire plusieurs pièces simultanément, il est
possible de réunir plusieurs modèles dans une seule grappe, chaque
modèle étant relié à un arbre qui forme, dans le moule, des canaux de
coulée pour le métal en fusion.
[0005] On entend par
métal , dans le présent contexte, tant des
métaux purs que des alliages métalliques.
[0006] Afin de pouvoir profiter des avantages de ces alliages
métalliques pour obtenir des propriétés thermomécaniques avantageuses
dans une pièce produite par fonderie, il peut être souhaitable d'assurer
une solidification dirigée du métal dans le moule.
[0007] On entend par
solidification dirigée , dans le présent
contexte, la maîtrise de la germination et de la croissance de cristaux
solides, dans une direction donnée, dans le métal en fusion lors de son
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passage de l'état liquide à l'état solide. L'objet d'une telle solidification
dirigée est d'éviter les effets négatifs des joints de grains dans la pièce.
Ainsi, la solidification dirigée peut être colonnaire ou nnonocristalline. La
solidification dirigée colonnaire consiste à orienter tous les joints de
grains
dans une même direction, de manière à réduire leur contribution à la
propagation de fissures. La solidification dirigée monocristalline consiste à
assurer la solidification de la pièce en un seul cristal, de manière à
supprimer les joints de grains.
[0008] Les pièces produites par solidification dirigée peuvent
atteindre
non seulement des tenues mécaniques particulièrement élevées dans tous
les axes d'effort, mais aussi une tenue thermique améliorée, puisqu'on
peut se passer d'additifs destinés à lier plus fortement entre eux les grains
cristallins. Ainsi, ces pièces métalliques ainsi produites peuvent être
avantageusement utilisées, par exemple, dans les parties chaudes de
turbines.
[0009] Dans les procédés de fonderie par solidification dirigée, un
métal liquide est coulé dans un moule comprenant un fût central
s'étendant, suivant un axe principal, entre un godet de coulée et une
base, et une pluralité de cavités de moulage arrangées en grappe autour
du fût central, chacune reliée au godet de coulée par un canal d'amenée.
Après la coulée du métal en fusion dans les cavités du moule à travers le
godet de coulée, ce métal en fusion est progressivement refroidi, suivant
ledit axe principal à partir de la base vers le godet de coulée. Ceci peut
être réalisé, par exemple, en extrayant progressivement le moule d'un
four ou d'une chambre de chauffage, suivant l'axe principal, vers le bas,
tout en refroidissant la base.
[0010] Grâce au refroidissement progressif du métal en fusion à partir
de la base, la solidification du métal commence à proximité de la base et
s'étend à partir de celui-ci suivant une direction parallèle à l'axe
principal.
[0011] Néanmoins, au cours de la solidification et du refroidissement
du métal, des gradients thermiques importants peuvent exister entre
différentes parties du moule et le métal engendrant des distorsions et des
contraintes thermomécaniques dans la pièce. Pour limiter ces contraintes,
un refroidisseur en cuivre, permettant de maintenir une zone de
refroidissement à une température de 300 C environ, est utilisé afin de
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diminuer les gradients thermiques existant dans la pièce au cours de la
solidification dirigée.
[0012]
Toutefois, les pièces produites actuellement étant de plus en
plus complexes (nouveaux alliages, aubes de turbines creuses ou pleines
et/ou ayant des épaisseurs de paroi plus fines), les contraintes
thermomécaniques engendrées peuvent être la cause de formation de
grains recristallisés et de criques lors de la solidification et du
refroidissement de ces aubes, créant ainsi des zones de fragilité de la
pièce finale.
PRESENTATION DE L'INVENTION
[0013] Le
présent exposé concerne un four de refroidissement par
solidification dirigée pour pièce métallique de fonderie, comprenant :
- une enceinte interne cylindrique d'axe central vertical,
- un support de moule disposé dans l'enceinte interne,
l'enceinte interne comportant:
- une zone de coulée,
- une zone
de refroidissement, la zone de coulée et la zone de
refroidissement étant superposées l'une sur l'autre,
les zones de coulée et de refroidissement étant isolées thermiquement
l'une de l'autre lorsque le support de moule est disposé dans la zone de
coulée, par un premier écran thermique fixe et un deuxième écran
thermique porté par le support de moule,
la zone de coulée comportant au moins un premier dispositif de chauffage
et la zone de refroidissement comportant un deuxième dispositif de
chauffage, les premier et deuxième dispositifs de chauffage étant
configurés pour que la température de la zone de coulée soit supérieure à
la température de la zone de refroidissement,
la zone de refroidissement comportant une partie haute et une partie
basse superposées l'une sur l'autre et isolées thermiquement l'une de
l'autre par un troisième écran thermique, la partie haute de la zone de
refroidissement comportant le deuxième dispositif de chauffage.
[0014] Dans le
présent exposé, par cylindrique , on comprend que
la paroi du four définissant l'enceinte interne possède une section de
forme quelconque qui peut être circulaire, carrée ou hexagonale suivant
un plan perpendiculaire à l'axe vertical central du four. Toutefois, la forme
du four peut également présenter une section globalement oblongue.
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[0015] Le
support de moule peut être un plateau pouvant se déplacer
verticalement suivant l'axe central du four et étant apte à supporter le
moule dans lequel le métal liquide doit être coulé.
[0016] Dans le
présent exposé, la zone de coulée désigne la zone de
l'enceinte interne du four dans laquelle s'effectue la coulée du métal
liquide dans le moule. Le support de moule est alors positionné dans le
bas de cette zone de coulée ou entre la zone de coulée et la zone de
refroidissement, de sorte que le moule, disposé sur le support de moule,
est également disposé dans cette zone.
[0017] Dans le
présent exposé, la zone de refroidissement désigne la
zone de l'enceinte interne du four positionnée verticalement sous la zone
de coulée dans laquelle, lorsque le moule est positionné dans cette zone
de refroidissement, le métal liquide présent dans le moule après la coulée
se refroidit et se solidifie petit à petit.
[0018] Dans le
présent exposé, les termes au-dessus , en-
dessous , haut , bas , sous , sont définis par rapport au sens
de coulée du métal dans le moule sous l'effet de la force de gravité, c'est-
à-dire par rapport à l'orientation normale du moule et du four de
refroidissement lors du coulage du métal dans le moule.
[0019] Les zones
de coulée et de refroidissement comportent un
premier et un deuxième dispositif de chauffage respectivement, de sorte
que la température de la zone de coulée soit supérieure à la température
de la zone de refroidissement. Le fait que la température de la zone de
refroidissement soit inférieure à la température de la zone de coulée
permet au métal dans le moule de passer progressivement de l'état liquide
à l'état solide.
[0020] Les
deux zones sont isolées thermiquement l'une de l'autre par
un premier écran thermique fixe pouvant être disposé dans la paroi du
four, et par un deuxième écran thermique porté par le support de moule
lorsque celui-ci est disposé dans la zone de coulée, permettant de réguler
plus précisément la température de chaque zone, sans qu'elle ne subisse
l'influence de la température de la zone voisine.
[0021] La
régulation des dispositifs de chauffage, et donc de la
température des zones de coulée et de refroidissement permet de
maîtriser les températures, la vitesse de refroidissement et donc les
gradients de température pendant le refroidissement du métal, et ainsi
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limiter les contraintes thermomécaniques et les déformations plastiques
dans le métal.
[0022] La
partie haute de la zone de refroidissement comportant le
deuxième dispositif de chauffage permet de maîtriser les gradients de
5 température dans le métal au cours de la solidification dirigée. Le
troisième écran thermique peut être disposé dans la paroi du four. La
partie haute de la zone de refroidissement est ainsi isolée thermiquement
de la zone de coulée par le premier et le deuxième écran thermique, et de
la partie basse de la zone de refroidissement par le troisième écran
thermique, ce qui permet de réguler plus précisément la température de
cette zone, sans qu'elle ne subisse l'influence de la température des zones
voisines.
[0023] Dans
certains modes de réalisation, la partie haute de la zone
de refroidissement est amovible.
[0024] Par
amovible , on comprend que la partie haute de la zone
de refroidissement peut être désolidarisée du reste du four. Il est ainsi
possible d'adapter le deuxième dispositif de chauffage en fonction du type
d'alliage utilisé pour la pièce métallique, et donc en fonction des gradients
de température devant exister dans cette pièce au cours de la
solidification dirigée. Il est notamment possible de remplacer cette partie
pour revenir au refroidisseur en cuivre connu, le cas échéant. Cela
présente l'avantage d'offrir un large choix possible d'alliages et de
géométries pour la pièce métallique, le four étant adaptable en fonction
de ces différents types d'alliage, mais également d'offrir une maintenance
simple et rapide pour les opérateurs.
[0025] Dans
certains modes de réalisation, le deuxième dispositif de
chauffage comprend un suscepteur à induction.
[0026] Dans
certains modes de réalisation, le deuxième dispositif de
chauffage comprend une résistance électrique.
[0027] Dans certains
modes de réalisation, l'enceinte interne a un
diamètre supérieur ou égal à 20 cm, de préférence supérieur ou égal à
50 cm, de préférence encore supérieur ou égal à 80 cm.
[0028] Cela
permet d'améliorer l'efficacité du processus de fabrication
des pièces métalliques, en offrant la possibilité d'utiliser des grappes de
plus grandes tailles, comportant un plus grand nombre de pièces ou des
pièces de formes complexes occupant un volume plus important.
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[0029] Dans
certains modes de réalisation, la zone de coulée comporte
une partie haute et une partie basse isolées thermiquement l'une de
l'autre par un quatrième écran thermique, la partie haute comportant un
dispositif de chauffage haut et la partie basse comportant un dispositif de
chauffage bas.
[0030] Dans
certains modes de réalisation, les dispositifs de chauffage
haut et bas de la zone de coulée sont configurés pour que la température
de la partie haute soit supérieure ou égale à la température de la partie
basse.
[0031] Dans certains
modes de réalisation, les dispositifs de chauffage
haut et bas de la zone de coulée sont configurés pour que la température
de la partie basse soit supérieure ou égale à la température de la partie
haute.
[0032] Cela
permet de maîtriser les températures dans la zone de
coulée, et d'adapter les températures des parties haute et basse de la
zone de coulée en fonction du type de grappe et du type d'alliage
considéré. Cela permet par conséquent de maîtriser les gradients
thermiques dans le sens de la solidification dirigée, et de maîtriser le
temps de refroidissement.
[0033] Le présent
exposé concerne également un procédé de
refroidissement par solidification dirigée d'une pièce métallique de
fonderie utilisant le four du présent exposé, comprenant des étapes de :
- fixation de la partie haute de la zone de refroidissement sur le
four,
-
ajustement de la zone de coulée à une température de coulée et de
la zone de refroidissement à une température de refroidissement, la
température de la partie haute de la zone de refroidissement étant
supérieure ou égale à 700 C,
-
refroidissement progressif de la pièce métallique par déplacement du
support de moule à l'intérieur du four de la zone de coulée vers la zone de
refroidissement.
[0034] Au
cours de la solidification dirigée, lorsque le support de moule
se déplace vers le bas dans la direction verticale, le moule, disposé sur le
support de grappe, passe progressivement de la zone de coulée à la zone
de refroidissement. Ce procédé permet, d'une part, d'adapter la partie
haute de la zone de refroidissement en fonction du type de grappe et du
type d'alliage considéré et, d'autre part, de régler les températures des
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différentes zones à des valeurs permettant de refroidir le métal de la pièce
métallique par solidification dirigée en maîtrisant les gradients de
température au sein de la pièce, et par conséquent de limiter le risque
d'apparition de grains recristallisés et donc de défauts ou de points de
fragilité de la pièce.
[0035] Dans certains modes de réalisation, la différence de
température entre la zone de coulée et le métal liquide est comprise entre
0 C et 50 C, la température de la zone de coulée étant inférieure à la
température du métal liquide.
[0036] Le fait de ne pas excéder cette différence de température
permet, lorsque le moule est positionné dans la zone de coulée, de
conserver le métal à l'état liquide, de sorte que la totalité du métal présent
dans le moule reste à l'état liquide pendant toute la phase de coulée. Cela
permet d'éviter la présence de défauts métallurgiques qui pourraient
.. apparaitre dans le cas d'une solidification non maîtrisée.
[0037] Dans
certains modes de réalisation, la température de la partie
haute de la zone de refroidissement est supérieure ou égale à 700 C, de
préférence supérieure ou égale à 800 C, de préférence encore supérieure
ou égale à 900 C.
[0038] Le fait de régler la température de cette zone à ces valeurs
permet au métal, au cours de la solidification dirigée, de passer de l'état
liquide à l'état solide, tout en limitant les gradients de température au sein
de la grappe. Cela permet d'obtenir un refroidissement plus progressif et
plus lent, limitant ainsi les risques d'apparition de grains recristallisés,
et
donc de maîtriser les contraintes et les déformations dans la pièce.
[0039] Dans
certains modes de réalisation, au cours du refroidissement
de la pièce métallique, la vitesse de refroidissement en un point donné de
la pièce métallique est inférieure à - 0,30 C/s, de préférence inférieure ou
égale à - 0,25 C/s, et supérieure à - 0,10 C/s, de préférence supérieure
ou égale à - 0,15 C/s.
[0040] Les
vitesses de refroidissement ont des valeurs négatives. En
effet, par exemple, une vitesse de refroidissement de - 0,30 C/s signifie
qu'au cours du refroidissement, la température en un point donné de la
pièce métallique diminue de 0,30 C toutes les secondes. Par conséquent,
par inférieure à - 0,30 C/s , on comprend une vitesse de
refroidissement plus lente, de sorte que c'est valeurs doivent être
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considérée en valeur absolue. Par exemple, - 0,25 C/s est une vitesse de
refroidissement inférieure à - 0,30 C/s.
[0041] Ces
vitesses de refroidissement permettent de diminuer les
gradients de températures dans la pièce métallique en maîtrisant
davantage son refroidissement, et donc de limiter le risque d'apparition de
grains recristallisés et de défauts de la pièce.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0042]
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture
de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation
de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description
fait référence aux pages de figures annexées, sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue latérale d'un moule carapace comprenant une
grappe de fonderie;
- la figure 2 est une vue en section schématique d'un four de
refroidissement ;
- la figure 3A est une vue en section schématique du four de la figure 2,
le
moule de la figure 1 étant disposé dans la zone de coulée, et la figure 3B
est une vue en section schématique du four et du moule pendant la
solidification dirigée ;
- la figure 4 est un graphique illustrant l'évolution de la température en un
point d'une pièce pour différentes températures de la partie amovible;
- la figure 5 représente les contraintes thermiques dans une pièce
métallique en comparant l'utilisation d'un four classique et d'un four selon
le présent exposé.
DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES DE REALISATION
[0043] Un
exemple de four 20 selon le présent exposé et un procédé
de refroidissement par solidification dirigée d'aubes de fonderie vont
maintenant être présentés en relation avec les figures 1 à 5.
[0044] La
fabrication d'aubes est réalisée par un procédé de fonderie.
Une première étape de ce procédé de fonderie consiste à fabriquer un
modèle de l'aube et de regrouper une pluralité de modèles de sorte à
former une grappe permettant la fabrication d'un moule, décrite dans
l'étape suivante.
[0045] Dans
une deuxième étape, on fabrique un moule carapace 1 à
partir de la grappe en cire.
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[0046] La
dernière opération de la deuxième étape consiste à éliminer
la cire du modèle de grappe du moule carapace 1. Cette élimination de la
cire est réalisée en portant le moule carapace 1 à une température
supérieure à la température de fusion de la cire.
[0047] Dans une
troisième étape, on forme la grappe 10 d'aubes 12
(Fig. 1) dans le moule carapace 1 en coulant du métal en fusion dans le
moule carapace 1. Le coulage du métal dans le moule carapace 1
s'effectue par la partie supérieur du moule, appelée godet de coulée 14.
Au cours de cette étape, le moule carapace 1 se trouve dans une zone de
coulée A du four de refroidissement 20.
[0048] Dans
une quatrième étape, le métal présent dans le moule
carapace est refroidit et solidifié dans une zone de refroidissement B du
four de refroidissement 20.
[0049] Enfin,
dans une cinquième étape, après que la grappe 10 ait
été libérée du moule carapace 1 par un procédé de décochage, chacune
des aubes 12 est séparée du reste de la grappe 10 et finie par des
procédés de parachèvement, par exemple des procédés d'usinage.
[0050]
L'invention concerne notamment le four de refroidissement 20
et le procédé de solidification mis en oeuvre lors de la quatrième étape
indiquée ci-dessus.
[0051] Ce
procédé de solidification, appelé 'solidification dirigée' est
mis en oeuvre au moyen du four 20 (Fig.2).
[0052] Le four
20 comprend une paroi cylindrique 22 d'axe central
vertical X, et une paroi supérieure 24 disposée sur l'extrémité supérieure
de la paroi cylindrique 22, perpendiculairement à l'axe X, de sorte que les
parois cylindrique 22 et supérieure 24 forment une enceinte interne 26 du
four. La paroi supérieure comporte un orifice 240, positionné sensiblement
au centre de la paroi 24.
[0053] Le four
se compose d'une zone de coulée A et d'une zone de
refroidissement B, superposées l'une sur l'autre, de sorte que la zone de
coulée A est disposée au-dessus de la zone de refroidissement B. Les
zones de coulée A et de refroidissement B sont isolées thermiquement
l'une de l'autre par un premier écran thermique 31, pouvant être un
matériau thermiquement non conducteur inséré dans la paroi 22. Par
exemple, le premier écran thermique 31 peut être composé de papier
graphite compressé, ou d'un sandwich comportant une couche de feutre
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compressée entre deux couches de graphite possédant une émissivité
comprise entre 0,4 et 0,8 en fonction de la température (commercialisé
par exemple sous la dénomination de PAPEYX).
[0054] Le four
20 comporte en outre un support de moule 28
5
horizontal, disposé au sein de l'enceinte interne 26, et fixé sur un vérin 29
permettant de déplacer le support 28 verticalement vers le haut ou vers le
bas. Le support de moule 28 comporte un deuxième écran thermique 32,
de sorte que lorsque le moule 1 est positionné sur le support de moule 28,
le moule 1 est isolé thermiquement du reste de l'enceinte interne 26 qui
10 se situe sous le deuxième écran thermique 32. Ainsi, lorsque le
moule 1 se
trouve dans la zone de coulée A, il est isolé thermiquement de la zone de
refroidissement B par le premier écran thermique 31 et le deuxième écran
thermique 32.
[0055] Par
ailleurs, la zone de refroidissement B comprend elle-même
une partie haute B' et une partie basse B", les parties haute B' et basse B"
étant superposées l'une sur l'autre de sorte que la partie haute B' est
disposée au-dessus de la partie basse B". Les parties haute et basse B' et
B" sont isolées thermiquement l'une de l'autre par un troisième écran
thermique 33. La partie haute B' comporte également un dispositif de
chauffage 60 comportant un suscepteur 62 et une bobine de chauffage
64. La partie basse B", constituant la partie inférieure du four 20, est
reliée à un bâti 70.
[0056] La
partie haute B' de la zone de refroidissement B est amovible.
Le dispositif de chauffage 60 peut ainsi être adapté en fonction des pièces
devant être refroidies, leurs dimensions, leurs alliages. Cela permet
également de simplifier et de faciliter les opérations de maintenance pour
les opérateurs.
[0057] La zone
de coulée A comprend également une partie haute A'
et d'une partie basse A", les parties haute A' et basse A" étant
superposées l'une sur l'autre de sorte que la partie haute A' est disposée
au-dessus de la partie basse A". Les parties haute et basse A' et A" sont
isolées thermiquement l'une de l'autre par un quatrième écran thermique
34. La partie haute A' comporte un dispositif de chauffage 40 comportant
un suscepteur 42 et une bobine de chauffage 44. Le suscepteur 42 peut
être un tube de graphite disposé dans l'enceinte interne 26 de sorte à être
plaqué contre la paroi 22 du four 20. La bobine de chauffage 44 peut être
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une bobine en cuivre entourant la paroi externe 22, permettant de créer
un champ magnétique ayant pour effet de chauffer le suscepteur 42. Ce
dernier chauffe ainsi également l'enceinte interne 26 par radiation. Par
ailleurs, l'enceinte interne 26 est mise sous vide, de sorte à préserver le
suscepteur en graphite de toute oxydation. De manière alternative,
l'enceinte interne 26 peut également être mise sous vide partiel avec une
présence de gaz neutre, par exemple de l'argon.
[0058] La
partie basse A" comporte également un dispositif de
chauffage 50 comportant un suscepteur 52 et une bobine de chauffage
54, le dispositif de chauffage 50 de la partie basse A" étant distinct du
dispositif de chauffage 40 de la partie haute A', de sorte à pourvoir
chauffer les parties indépendamment l'une de l'autre, et ainsi maîtriser les
gradients de température dans l'enceinte interne 29 au niveau de la zone
de coulée A.
[0059] Dans
l'exemple présent, le diamètre interne de la paroi
cylindrique est compris entre 200 et 1000 mm. La zone de coulée s'étend
verticalement sur une hauteur de 1 m. Ces dimensions permettent de
travailler avec des grappes de grande taille, comportant un plus grand
nombre d'aubes dont la hauteur peut être comprise entre 200 et 300 mm.
La partie haute amovible B' s'étend verticalement sur une hauteur
comprise entre 150 et 300 mm.
[0060] Un
procédé de refroidissement par solidification dirigée d'aubes
métallique de fonderie utilisant le four décrit ci-dessus va maintenant être
décrit.
[0061] Tout d'abord,
la partie haute B' de la zone de refroidissement
est fixée au four 20.
[0062]
Préalablement, une étape de coulée, illustrée sur la figure 3A,
consiste à disposer le moule 1 dans la zone de coulée A en le positionnant
sur le support 28, lui-même situé dans la zone de coulée A. Le moule 1 est
positionné de sorte que le godet de coulée 14 soit en face de l'orifice 240
de la paroi supérieure 24 du four 20. Du métal à l'état liquide à une
température comprise entre 1480 et 1600 C, contenu dans un creuset 80,
est alors versé dans le godet 14 via l'orifice 240, jusqu'au remplissage
presque complet du moule 1, le godet de coulée 14 n'étant que
partiellement rempli.
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[0063]
Parallèlement à cette étape de coulée, les dispositifs de
chauffage 40 et 50 sont réglés de manière à chauffer le moule 1 par
radiation thermique, de sorte à maintenir celui-ci à une température
comprise entre 1480 C et 1600 C. La température de la zone de coulée
est donc inférieure ou égale à la température du métal liquide, la
différence étant comprise entre 0 et 50 C. Ainsi, la température du métal
liquide coulé dans le moule 1 reste supérieure à la température de fusion
du métal, de sorte à éviter une solidification non souhaitée du métal dans
le moule 1 pendant toute l'étape de coulée. Le moule 1 est par ailleurs
isolé thermiquement de la zone de refroidissement B par les premier et
deuxième écrans thermiques 31 et 32.
[0064] Lorsque
l'étape de coulée est terminée, c'est-à-dire lorsque le
moule 1 est entièrement rempli de métal liquide, à l'exception de la
couche de métal déjà solidifiée et qui est en contact avec le fond du
moule, et après une phase d'attente avant la descente du support, la
phase de solidification commence.
[0065] Le
support 28 est alors déplacé vers le bas par le vérin 29, de
sorte que le moule passe peu à peu de la zone de coulée A à la zone de
refroidissement B' (figure 3B). La température de cette zone est ensuite
réglée à une température de 700 C ou supérieure à 700 C, tout en étant
inférieure à la température de fusion du métal de sorte à entraîner la
solidification de celui-ci, la zone de coulée A étant toujours maintenue à
une température de 1500 C à 1530 C. La partie basse du moule 1 étant la
première à pénétrer dans la zone de refroidissement, le métal liquide
commence donc à se solidifier dans cette partie basse du moule. Il se créé
ainsi un front de solidification, représenté symboliquement par une ligne
12a sur la figure 3B, correspondant à l'interface entre les phases liquide et
solide du métal. Ce front de solidification 12a se déplace vers le haut dans
le référentiel du moule 1, à mesure que ce dernier pénètre dans la zone
de refroidissement B, selon le principe de la solidification dirigée. Ainsi,
lorsque le support 28 continue sa descente, le moule 1 se trouve
finalement, sur toute sa hauteur, dans la partie inférieure B" de la zone de
refroidissement, de sorte que la totalité du métal présent dans le moule 1
est à l'état solide. La phase de solidification est alors terminée. La durée
totale du procédé de refroidissement est par exemple comprise entre 3600
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et 7600 secondes, le support 28 se déplaçant à une vitesse comprise entre
1 et 10mm/s.
[0066] Les
aubes 12 obtenues sont des aubes creuses ou pleines et
monocristallines, comportant des alliages à base de nickel. On entend par
alliage à base de nickel, des alliages dont la teneur massique en nickel est
majoritaire. On comprend que le nickel est donc l'élément dont la teneur
massique dans l'alliage est la plus élevée. Ces aubes creuses ou pleines,
plus fragiles, peuvent présenter des défauts si les gradients de
températures ne sont pas maîtrisés au cours du refroidissement et de la
solidification. Le four et le procédé décrit ci-dessus, notamment la partie
amovible B' permet de limiter voire supprimer ces risques en réglant la
température de cette partie à une température suffisamment élevée
(supérieure ou égale à 700 C), de sorte à minimiser les gradients
thermiques existant dans les aubes 12 dans le sens de la solidification
dirigée, c'est-à-dire lorsque le moule 1 se situe à la fois dans la zone de
coulée A et dans la zone de refroidissement B.
[0067] La
figure 4 illustre l'évolution de la température en un point du
bord d'attaque d'une aube 12, pour différentes températures de la partie
amovible B', au cours de la phase de solidification (S) et de la phase de
refroidissement (R). La courbe en pointillés représente le cas de référence
utilisant un refroidisseur en cuivre permettant de maintenir une zone de
refroidissement à une température de 300 C environ, la courbe en trait fin
continu représente un cas utilisant le four lorsque la partie amovible B'
chauffe à 700 C, et la courbe en trait gras continu représente un cas où la
partie amovible B' chauffe à 1000 C. Les autres courbes représentent des
cas intermédiaires.
[0068] Alors
que les différences entre chaque configuration sont peu
marquées pendant la phase de solidification, l'influence de la partie
amovible est particulièrement visible au cours de la phase de
refroidissement à partir de 700 C. Pour cette température, la vitesse de
refroidissement, correspondant à la pente de la courbe, est de ¨ 0,23 C/s,
de sorte que la température en ce point est plus élevée de 57 C que dans
le cas de référence. Pour une température de la partie amovible de
1000 C, la vitesse de refroidissement est de ¨ 0,18 C/s, de sorte que la
température en ce point est plus élevée de 165 C que dans le cas de
référence. Ces vitesses de refroidissement plus faibles engendrent des
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gradients de température plus faibles, et donc des contraintes également
plus faibles dans la pièce métallique au cours du refroidissement.
[0069] Par
ailleurs, la figure 5 illustre les contraintes thermiques dans
le métal d'une aube en comparant l'utilisation d'un four classique (aubes
(b) à droite sur la figure 5) et d'un four selon le présent exposé (aubes (a)
à gauche sur la figure 5). Les aubes du dessus et du dessous représentent
respectivement les deux faces principales d'une même aube. Sur la figure
5, pour les aubes (b) correspondant au four classique, les zones 90
indiquent les zones de l'aube où les contraintes sont les plus importantes.
Pour les aubes (a) correspondant au four selon le présent exposé, les
zones 92 indiquent les zones de l'aube où les contraintes sont les plus
importantes. On constate ainsi que les zones 92 s'étendent sur une
surface plus faible de l'aube que les zones 90, de sorte que les contraintes
sont plus faibles dans les aubes refroidies par le four 20 du présent
exposé, que par un four classique. Plus précisément, les contraintes dans
le métal peuvent être réduites d'environ 24%, grâce au four 20 et au
procédé du présent exposé.
[0070] Bien
que la présente invention ait été décrite en se référant à
des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des
modifications et des changements peuvent être effectués sur ces
exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie
par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des
différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être
combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la
description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif
plutôt que restrictif. Par exemple, la zone de refroidissement peut
comprendre deux dispositifs de chauffage superposés l'un sur l'autre.
[0071] Il est
également évident que toutes les caractéristiques décrites
en référence à un procédé sont transposable, seules ou en combinaison, à
un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en
référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à
un procédé.
