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DESCRIPTION
TITRE : Procédé de production de disques de turbomachines
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne le domaine technique des disques de
turbomachines. La
présente invention concerne plus particulièrement le domaine des procédés de
production
de disques de turbomachines.
Etat de la technique antérieure
Les disques de turbomachines sont des pièces circulaires axisymétriques. Ces
disques sont
soumis à de grandes vitesses de rotation et de fortes charges centrifuges.
Pour des raisons
de performance, les disques les plus contraints des turboréacteurs et qui sont
soumis aux
températures les plus chaudes sont faits en alliage à base nickel. Ces
alliages ont d'abord
été utilisés dans la fabrication de moteurs militaires, puis également de
moteurs civils de
dernière génération, notamment les moteurs de forte puissance.
Aujourd'hui, le procédé de production de ce type de disques de turbomachines
est le
suivant :
- atomisation d'un alliage suivant un procédé d'atomisation par gaz avec
fusion sous vide par
induction (ou encore VIGA pour l'anglais Vacuum Induction meiting Gas
Atomization) pour
obtenir une poudre brute ;
- tamisage de la poudre brute par une coupe granulométrique, généralement < 53
pm, et
sous vide ou atmosphère neutre pour obtenir une poudre calibrée ;
- densification de la poudre calibrée en un lopin de forgeage comprenant la
compaction
isostatique à chaud et le filage sous forme de billette dans laquelle seront
découpés les
lopins de forgeage ;
- forgeage isotherme du lopin de forgeage et traitement thermique du lopin
forgé ; et
- usinage du lopin forgé pour obtenir un disque.
Comme décrit dans CN 102 615 284, il est possible de produire ce type de
disques de
turbomachines à partir d'une poudre obtenue par atomisation plasma.
La VIGA est illustrée par les figures 1A et 1B. La figure 1A montre une tour
d'atomisation TA
présentant une forme générale cylindrique sur la majeure partie de sa longueur
et deux
extrémités tronconiques : une extrémité d'entrée en position haute et une
extrémité de sortie
en position basse. La tour d'atomisation TA comprend également des sorties de
gaz SG en
partie haute pour l'évacuation de gaz et des entrées de gaz secondaire EGs en
partie basse
pour l'injection de gaz secondaire. La tour d'atomisation TA est refroidie à
l'eau grâce à un
circuit de refroidissement disposé autour. La tour d'atomisation TA comprend
en outre un
creuset Cr (sur la figure 1B) au niveau de son extrémité d'entrée pour la
réception de
matière première donnant l'alliage. L'alliage est chauffé jusqu'à fusion pour
donner un alliage
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en fusion AF. Le creuset Cr présente sur une face inférieure un entonnoir de
coulée T (en
anglais tundish) prolongé par une buse B par où l'alliage en fusion AF
s'écoule par gravité.
Sous le creuset Cr figure un injecteur IG de gaz inerte. L'injecteur IG
comprend une
couronne d'injection CI prolongée par une couronne de convergence Cv. La
couronne de
convergence Cv guide le gaz vers le filet d'alliage en fusion AF qui s'écoule
à travers la buse
B et fragmente celui-ci en particules d'alliage en fusion Pf qui en se
refroidissant forment les
particules solides Ps sphériques de la poudre brute obtenue. Les particules
solides Ps
tombent par gravité le long de la tour d'atomisation TA et sont collectées à
la sortie de celle-
ci.
Les disques obtenus par ce procédé présentent des inclusions céramiques. Ces
inclusions
céramiques sont des sites d'amorçages de rupture dans la matière. La
proportion
d'inclusions céramiques dans le disque final est relativement faible et pour
la plupart des
propriétés mécaniques, la présence d'une inclusion céramique, notamment de
moins de
53 pm au milieu d'une structure métallique homogène très résistante, n'a pas
d'impact
conséquent. C'est le cas par exemple pour les propriétés mécaniques en
traction, au fluage
et en ce qui concerne la propagation de fissure.
En revanche, la présence de ces inclusions céramiques, même très rare, a un
fort impact sur
les propriétés en fatigue et notamment en fatigue oligocyclique (ou la LOF
pour l'anglais Low
Cycle Fatigue). La figure 2 représente la durée de vie DDV en LOF de disques
en fonction
de la charge appliquée a lors de l'essai. La courbe en trait plein représente
la moyenne et la
courbe en trait pointillé correspond à la durée de vie la plus faible
observée.
Il a été observé que la courbe minimale en pointillés correspond à la présence
d'inclusions
céramiques à la surface des disques S et que la courbe moyenne en trait plein
correspond à
la présence d'inclusions céramiques en sous-surface SS. Enfin, il a été
également observé
que la présence d'inclusions céramiques au c ur de la matière du disque C
correspond à
une courbe [CF proche de la courbe moyenne.
Les inclusions céramiques proviennent de l'étape de la fabrication de la
poudre brute et
notamment de la VIGA. En effet, dans la VIGA, le creuset Cr, l'entonnoir de
coulée T et la
buse B sont en céramique. L'alliage en fusion AF est en contact plus ou moins
prolongé
avec le matériau du creuset Cr, celui de l'entonnoir de coulée T et celui de
la buse B,
interagit avec ceux-ci et en arrache par érosion des particules céramiques.
Ces particules
céramiques se retrouvent dans la poudre brute. La composition des particules
céramiques
comprend par exemple majoritairement de l'aluminium, du magnésium, du calcium,
du
phosphore, du silicium et de l'oxygène, notamment sous forme de céramiques
types A1203-
CaO ou A1203-MgO.
En fonction de leur taille et de leur forme, les particules de céramiques
peuvent passer au
travers du tamis et se retrouver dans la pièce finale. Lorsque ces particules
céramiques se
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retrouvent dans la poudre finale mise en forme, étant en un matériau
réfractaire, elles sont
peu impactées par les opérations à chaud de compaction, filage, forgeage et
traitement
thermique lors de la fabrication de disques. Elles se retrouvent donc dans la
pièce finie et
impactent les propriétés mécaniques de celles-ci. Ainsi, il est important de
s'assurer qu'il n'y
a pas de telles particules dans les disques mis en opération.
Des contrôles ultrasons permettent d'identifier dans les billettes, les
inclusions les plus
grosses, notamment celles dont la plus grande dimension dépasse 200pm et dont
le rapport
longueur! largeur est important, de l'ordre de 4 à 5, qui leur permet de
traverser le tamis
utilisé. Si une telle particule est identifiée, le tronçon de la billette
concerné est éliminé.
Un contrôle ultrason est également réalisé sur la pièce après forgeage et
traitement
thermique pour détecter la présence des inclusions qui ont conduit à des
amorçages de
criques (c'est-à-dire fissures) lors du forgeage. La présence de ces
inclusions entraine le
rebut de la pièce.
Par ailleurs, pour ce type de matériau présentant des inclusions céramiques,
les courbes de
dimensionnement minimales utilisées pour le dimensionnement des pièces doivent
prendre
en compte ce point.
En outre, la présence d'inclusions céramiques peu nombreuses mais
aléatoirement réparties
dans la pièce finie, nécessite une approche de dimensionnement différente de
l'approche
utilisée pour une pièce métallique classique, c'est-à-dire avec une structure
homogène : il
faut utiliser une approche probabiliste.
En effet, pour un matériau métallique classique, le dimensionnement est
réalisé à l'aide de
courbes de dimensionnement établies à partir d'essais sur éprouvettes
prélevées sur des
pièces finies. La microstructure, qui est homogène, est globalement
équivalente d'une
éprouvette à l'autre. Ainsi, l'éprouvette prélevée est représentative de la
structure de toute la
pièce.
Pour les alliages élaborés par VIGA, les résultats sur éprouvettes (donc les
courbes de
dimensionnement) ne sont représentatifs que des zones de la pièce ayant un
volume test
équivalent à celui des éprouvettes à cause de la présence d'inclusions
céramiques
aléatoirement réparties dans la pièce finie. C'est pour cette raison, que pour
ces alliages, les
essais de fatigue sont réalisés sur des éprouvettes de plus grande dimension,
par exemple
des éprouvettes ayant un volume utile de l'ordre de 5 à 10 fois supérieure à
celui des
éprouvettes de fatigue classiquement utilisées.
Cependant, dans les pièces réelles, certaines zones sont relativement massives
et
concernent donc des volumes significativement plus importants que celui des
éprouvettes,
même les plus grosses utilisées. Ces zones de pièce ne sont donc pas couvertes
par ce
réseau de dimensionnement sur grosses éprouvettes, il est nécessaire de
requérir à une
technique de dimensionnement probabiliste complexe.
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Cette technique prend en compte la massivité de la zone considérée, la courbe
de propreté
de l'alliage (c'est-à-dire dans le cas des alliages élaborés par VIGA, le
nombre de particules
céramiques par kilogramme), la taille du défaut critique représenté par une
inclusion
céramique et la probabilité de présence du défaut critique. Plus concrètement,
à partir de la
durée de vie souhaitée, des informations relatives à la présence de fissures
dans les pièces
finies et des mesures réalisées sur éprouvettes de fatigue, la taille du
défaut critique est
déterminée pour chaque zone caractéristique du disque. La taille du défaut
critique et la
courbe de propreté du matériau permettent de calculer la probabilité de
présence du défaut
critique pour in fine déterminer les dimensionnements minimaux de la pièce.
Suivant cette méthode de fabrication, le seul paramètre sur lequel le
fabricant peut jouer
pour optimiser la durée de vie en fatigue de tels alliages est la taille des
inclusions
céramiques. Ainsi dans les années 2000, le tamisage avec une coupe
granulométrique
< 53pm a remplacé le tamisage classique de l'époque qui utilisait une coupe
granulométrique < 75pm. La durée de vie des pièces a été allongée avec un gain
d'un
facteur 3 comme le montre la figure 3 qui est un graphe montrant la durée de
vie (DDV) en
fonction de la contrainte appliquée (a) pour deux coupes granulométriques :
<53 pm et
<75 pm. La courbe moyenne et la courbe minimale sont données pour les deux
coupes
granulométriques.
Ainsi, dans le procédé actuellement utilisé pour la fabrication de disques,
l'étape de tamisage
est importante car elle permet de réduire la quantité et la taille de
particules céramiques
dans la poudre qui sera mise en forme et au final, cela permet d'augmenter la
durée de vie.
Par ailleurs, une coupe granulométrique < 53 pm conduit à une occurrence de
particules de
céramique comprise entre 5 et 40 particules par kilogramme de poudre.
Cependant, l'utilisation d'une coupe granulométrique si basse conduit
également au rebut
d'une quantité substantielle de la poudre produite par VIGA (entre 30 et 50 %
en poids).
Présentation de l'invention
Un objectif de la présente invention est de pallier au moins un désavantage de
la technique
antérieure décrite ci-dessus. Notamment, un objectif de la présente invention
est d'améliorer
la durée de vie des disques de turbomachine exposés aux plus hautes
températures.
Pour cela, la présente invention propose un procédé de fabrication de disques
pour
turbomachine. Le procédé comprend :
- l'obtention d'une poudre d'alliage à base nickel ;
- la mise en forme de la poudre pour obtenir un disque ;
caractérisé en ce que l'obtention d'une poudre comprend :
- la fabrication d'une électrode en alliage à base nickel par raffinage à
creuset froid par
refusion par arc plasma, PAM-CHR,
- l'atomisation d'un alliage à base nickel par atomisation par gaz par
fusion induite
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d'électrode, EIGA, à partir de l'électrode en alliage à base nickel,
aboutissant à une poudre
brute ; et
- le tamisage sous atmosphère neutre ou sous vide de la poudre brute à une
coupe
granulométrique comprise entre 150 pm et 50 pm, par exemple 125 pm ou 75 pm,
5 aboutissant à la poudre d'alliage à base nickel.
ON 110 586 948 et US 2020/131604 décrivent un procédé de fabrication de
disques pour
turbomachine à partir d'une poudre obtenue par EIGA.
Les inventeurs ont cependant remarqué que l'obtention de la poudre d'alliage à
base
nickel par EIGA n'était pas suffisante pour éliminer la présence des
inclusions céramiques
dans cette poudre. En effet, comme enseigné dans "Innovative technologie for
powder
metallurgy-based disk superalloys: Progress and proposa,' Chin. Phys. B,
vol.25, No.2
(2016), l'EIGA peut prévenir, mais donc n'élimine pas, la présence des
inclusions
céramiques dans cette poudre.
Or comme indiqué ci-dessus, la présence de ces inclusions céramiques, même
très rare, a
un fort impact sur les propriétés en fatigue.
De façon avantageuse, la combinaison de la fabrication de l'électrode en
alliage à base
nickel par PAM-CHR et de l'atomisation de l'alliage à base nickel par EIGA
permet d'éliminer
la présence des inclusions céramiques dans la poudre d'alliage à base nickel
obtenue.
D'autres caractéristiques optionnelles et non limitatives sont les suivantes.
Au cours du raffinage à creuset froid par refusion par arc plasma, l'alliage à
base nickel peut
être fondu dans un creuset en cuivre refroidi à l'eau avant d'être fondu dans
un creuset
anneau mouleur en cuivre.
L'EIGA peut comprendre :
- la disposition de l'électrode présentant un axe longitudinal, de sorte
que l'axe longitudinal
de l'électrode soit vertical ;
- le chauffage sans contact de l'extrémité la plus basse de l'électrode
aboutissant à un filet
d'alliage en fusion s'écoulant par gravitation à travers une buse ; et
- l'injection, à la sortie de la buse, d'un gaz inerte dirigé vers le filet
d'alliage en fusion et
autour de celui-ci aboutissant à la pulvérisation du filet d'alliage.
Le gaz inerte peut être de l'argon.
Le tamisage peut être réalisé avec une coupe granulométrique comprise entre
140 pm et
60 pm ou entre 130 pm et 70 pm.
La mise en forme peut comprendre :
- la densification à chaud de la poudre en un lopin de forgeage ;
- la fabrication du disque par forgeage isotherme, traitement thermique et
usinage du lopin.
La densification peut comprendre :
- la mise en conteneur sous vide de la poudre dans un conteneur
hermétiquement fermé ;
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- la compaction à chaud du conteneur ;
- le filage du conteneur compacté aboutissant à une barre cylindrique
présentant une couche
extérieure dans le matériau du conteneur et un c ur cylindrique en alliage à
base nickel ; et
- l'élimination de la couche extérieure ;
- découpage du coeur cylindrique en lopin de forgeage.
Brève description des figures
[Fig. 1A] est un schéma d'une tour d'atomisation VIGA.
[Fig. 1B] est un agrandissement au niveau du creuset de la tour d'atomisation
VIGA de la
figure 1A.
[Fig. 2] est un graphe présentant la durée de vie (DDV) d'une éprouvette en un
alliage à
base nickel élaboré à partir d'une poudre obtenue par VIGA en fonction de la
contrainte
appliquée (G) lors des essais. La courbe LCF moyenne et la courbe LCF minimale
sont
données.
[Fig. 3] est un graphe un graphe présentant la durée de vie (DDV) d'une
éprouvette en un
alliage à base nickel élaboré à partir d'une poudre obtenue par VIGA avec
tamisage en
fonction de la contrainte appliquée (a) lors des essais. La courbe LCF moyenne
et la courbe
LCF minimale sont données pour deux coupes granulométriques utilisées, <53 pnn
et
<75 pm.
[Fig. 4] est un graphe représentant schématiquement un exemple de procédé de
fabrication
de disques pour turbomachine selon l'invention.
[Fig. 5] est un schéma d'une tour d'atomisation par EIGA au niveau d'une
partie supérieure
où une électrode est fondue, avant fusion de l'électrode.
[Fig. 6] est le même schéma que la figure 5 pendant la fusion de l'électrode.
[Fig. 7] est un graphe représentant schématiquement les étapes d'obtention de
la poudre
selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon
l'invention.
[Fig. 8] est un graphe représentant schématiquement les étapes d'atomisation
d'un alliage à
base nickel selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour
turbomachine selon
l'invention.
[Fig. 9] est un graphe représentant schématiquement les étapes de mise en
forme de la
poudre selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine
selon
l'invention.
[Fig. 10] est un graphe représentant schématiquement les étapes de
densification de la
poudre selon un exemple de procédé de fabrication de disques pour turbomachine
selon
l'invention.
[Fig. 11] est un graphe représentant schématiquement les étapes de fabrication
d'un disque
à partir d'un lopin de forgeage selon un exemple de procédé de fabrication de
disques pour
turbomachine selon l'invention.
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Description détaillée de l'invention
Un procédé de fabrication de disques pour turbomachine selon l'invention est
décrit ci-après
en référence aux figures 4 à 11.
Un tel procédé comprend l'obtention S100 d'une poudre d'alliage à base nickel
et la mise en
forme S200 de la poudre pour obtenir un disque (figure 4).
L'obtention S100 de la poudre comprend l'atomisation S120 d'un alliage à base
nickel par
atomisation par gaz avec fusion par induction d'électrode (aussi appelée EIGA
pour l'anglais
Electrode Induction melting Gas Atomization) et le tamisage S130 sous vide ou
sous
atmosphère neutre de la poudre brute à une coupe granulométrique comprise
entre 150 pm
et 50 pm (figures 4 et 7). L'atmosphère neutre peut être une atmosphère
d'argon.
L'EIGA (figure 8) est réalisée à partir d'une électrode 2 en alliage à base
nickel et présentant
un axe longitudinal. L'EIGA aboutit à une poudre brute. L'atomisation S120
peut comprendre
la disposition S121 de l'électrode 2 de sorte que l'axe longitudinal de
l'électrode soit vertical,
le chauffage sans contact S122 de l'extrémité la plus basse de l'électrode 2
aboutissant à un
filet d'alliage en fusion s'écoulant par gravitation à travers une buse et
l'injection S123, à la
sortie de la buse, d'un gaz inerte dirigé vers le filet d'alliage en fusion et
autour de celui-ci
aboutissant à la pulvérisation du filet d'alliage. Ainsi, il n'y a pas de
contact entre l'électrode
et un autre élément lors du chauffage.
Le chauffage sans contact S122 peut être réalisé par induction. Le chauffage
S122 est
réalisé jusqu'à fusion du matériau de l'électrode et qu'un filet d'alliage en
fusion s'écoule de
l'extrémité basse de l'électrode.
L'injection S123 du gaz inerte en direction du filet d'alliage en fusion coupe
le filet d'alliage
en fusion en particules d'alliage en fusion Pf. Le gaz inerte injecté peut
être de l'argon.
L'atomisation S120 peut comprendre le refroidissement S124 des particules
d'alliage en
fusion Pf pour obtenir des particules solides Ps. Le refroidissement S124 peut
être réalisé de
manière passive, c'est-à-dire avec le contact des particules d'alliage en
fusion Pf avec
l'atmosphère environnant, les particules d'alliage en fusion Pf échangeant de
la chaleur avec
cette atmosphère. Le refroidissement S124 peut également être actif, par
exemple avec
l'injection d'un gaz inerte dont la température est inférieure à la
température de fusion de
l'alliage. Le refroidissement S124 actif peut également être réalisé par
refroidissement de la
tour d'atomisation dans lequel les particules sont fabriquées, par exemple par
l'utilisation
d'un circuit de refroidissement entourant la tour d'atomisation.
La figure 5 montre la partie supérieure d'une tour d'atomisation par EIGA. Le
reste de la tour
(partie basse) est semblable à la tour d'atomisation par VIGA de la figure 1A.
Ainsi, cette
partie basse de sera pas décrite plus en détail ici.
L'EIGA nécessite une électrode 2 de l'alliage à base nickel souhaité, un
chauffage sans
contact, par exemple un chauffage par induction 3, et un injecteur 4 de gaz
inerte. Le
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chauffage sans contact comprend un espace de réception de l'extrémité basse de
l'électrode
2. Dans le cas d'un chauffage par induction 3, celui-ci comprend des spires
autour d'un
espace de réception. L'injecteur 4 comprend un orifice central 41 faisant
office de buse avec
une entrée en partie haute et une sortie en partie basse. L'injecteur 4
comprend également
une couronne d'injection 42 et une couronne de convergence 43 pour amener le
gaz en
direction de la sortie de l'injecteur 4. Par ailleurs, l'injecteur 4 peut être
configuré pour
générer un écoulement tourbillonnaire du gaz inerte. Lors du chauffage sans
contact,
l'extrémité basse de l'électrode 2 est chauffée par induction par les spires
du moyen de
chauffe par induction 3 jusqu'à fusion du matériau de l'électrode 2. A partir
de ce moment-là
(voir figure 6), un filet d'alliage en fusion s'écoule à travers l'orifice 41
de l'injecteur 4. Du gaz
inerte est injecté par la couronne d'injection 42 et redirigé vers la sortie
par la couronne de
convergence 43. Le jet de gaz inerte coupe le filet d'alliage en fusion et le
pulvérise formant
des particules en fusion Pf qui se solidifient en particules solides Ps en
tombant. Il convient
de remarquer encore une fois que l'extrémité basse de l'électrode 2 est
chauffée sans
contact avec un autre élément et que le filet d'alliage en fusion s'écoule à
travers l'orifice 41
de l'injecteur 4 également sans contact avec les parois de l'orifice 41.
Ainsi, contrairement à
la VIGA, il n'y a pas de risque d'arrachement de particules céramiques avec
l'EIGA.
Le remplacement de la VIGA par l'EIGA n'est pas un choix évident. En effet, la
VIGA permet
un contrôle très précis de la température à laquelle l'alliage est chauffé et
permet notamment
de surchauffer cet alliage car celui-ci est contenu lors du chauffage dans un
creuset. La
surchauffe de l'alliage a pour avantage de permettre la production de poudres
plus fines par
rapport à une température de chauffe à la température de fusion. Cette
surchauffe n'est pas
aussi facilement contrôlable avec l'EIGA car l'alliage coule sous la forme
d'un filet dès qu'il
atteint sa température de fusion. Par ailleurs, la VIGA permet le contrôle de
l'épaisseur du
filet qui s'écoule du creuset en contrôlant l'ouverture de la buse du creuset.
Ce contrôle n'est
pas possible pour l'EIGA.
Egalement, l'EIGA utilise une électrode qui doit être fabriquée. Cela ajoute
alors une étape
supplémentaire dans la fabrication de la poudre, là où la VIGA permet de
simplement
collecter les ingrédients dans le creuset avant chauffage.
L'électrode utilisée dans l'EIGA est fabriquée par le raffinage à creuset
froid par refusion par
arc plasma (aussi connue sous les dénominations de "fusion par arc à plasma
avec affinage
en creuset froid" ou "fusion par plasma d'arc avec affinage en creuset froid"
par l'homme du
métier et sous l'acronyme anglais PAM-CHR pour Plasma Arc Melting Cold Hearth
Refining).
La fusion en creuset froid peut être réalisée dans un four de raffinage à
creuset froid par
refusion par arc plasma (aussi connue sous l'acronyme anglais PAM-CHR pour
Plasma Arc
Melting Cold Hearth Refining). Dans un tel four, le métal est tout d'abord
fondu dans un
creuset en cuivre refroidi à l'eau avant d'être coulé dans un anneau mouleur
en cuivre. Le
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cuivre n'est pas réactif avec les alliages à base nickel ; ce qui élimine
toute contamination de
l'électrode par des inclusions céramiques.
Ainsi, l'obtention S100 de la poudre comprend la fabrication S110 d'une
électrode 2 telle que
décrite ci-dessus (figure 7).
La coupe granulométrique peut encore être comprise entre 140 pm et 60 pm ou
encore entre
130 pm et 70 pm, par exemple 125 pm, 75 pm ou 53 pm. Le tamisage S130 aboutit
à la
poudre d'alliage à base nickel qui sera utilisée pour la mise en forme S200.
L'utilisation d'une coupe granulométrique de < 53 pm dans la VIGA est due à la
volonté
d'améliorer les propriétés mécaniques des pièces fabriquées qui étaient
diminuées par la
présence d'inclusions céramiques dans la matière. Les présents auteurs en
cherchant une
solution pour améliorer encore plus les propriétés mécaniques ont identifié la
combinaison
de la PAM-CHR et l'EIGA comme solution pour fabriquer la poudre d'alliage à
base nickel
avec un taux de contamination par des inclusions céramiques fortement diminué
par rapport
à la VIGA, voire inexistant. Ils ont ensuite eu l'idée de relever la coupe
granulométrique,
notamment jusqu'à 75 pm voire 125 pm ou même 150 pm. L'utilisation d'une coupe
granulométrique plus élevée entraine un gain sur le rendement de l'atomisation
; en effet,
moins de poudre brute a besoin d'être mise au rebut, ou autrement formulé, une
portion plus
importante de poudre brute peut être utilisée pour la fabrication des disques.
Un autre avantage indirect concerne la taille des grains des pièces finies.
Or, il est bien
connu que les propriétés de fluage augmentent avec la taille de grains.
L'alliage à base
nickel lors de la fabrication des disques est traité à des températures
supérieures au solvus
y'. A ces températures, les grains y' primaires, dont le rôle est de bloquer
les joints de grains,
sont dissous et les grains grossissent. Toutefois, dans le cas des poudres, le
grossissement
du grain reste limité à la taille des particules de la poudre initiale. En
fait, les grains se
trouvent bloqués dans leur croissance par les limites antérieures des
particules (aussi
connues par PPB pour l'anglais Prior Particle Boundaries) qui sont de fines
couches
d'oxydes à la surface des particules de poudre et qui vont contenir la taille
de grain à la taille
initiale des particules de poudre.
En augmentant la coupe granulométrique, on augmente la taille des particules
de poudre ce
qui permet l'augmentation de la taille des grains dans la pièce finie
améliorant les propriétés
de fluage de celle-ci.
L'absence d'inclusions céramiques permet également d'abandonner l'approche
probabiliste
pour le dimensionnement des pièces et de revenir sur une approche classique
dans laquelle
l'éprouvette prélevée est représentative du matériau de l'ensemble de la
pièce.
La mise en forme S200 peut comprendre la densification S210 à chaud de la
poudre tamisée
en un lopin de forgeage et la fabrication du disque S220 du disque (figure 9).
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La densification S210 peut comprendre la mise en conteneur 5211 sous vide de
la poudre
tamisée dans un conteneur hermétiquement fermé, la compaction à chaud 5212 du
conteneur, le filage S213 du conteneur compacté aboutissant à une barre
cylindrique
présentant une couche extérieure dans le matériau du conteneur et un coeur
cylindrique en
5 alliage à base nickel, l'élimination S214 de la couche extérieure par
exemple par usinage, et
le découpage S215 du coeur cylindrique en lopins de forgeage (figure 10).
La fabrication S220 du disque peut comprendre le forgeage isotherme du lopin
S221, le
traitement thermique S222 et l'usinage S223 du disque (figure 11). Le forgeage
isotherme
peut comprendre la transformation du lopin cylindrique en un disque, de forme
plus ou moins
10 complexe, à l'aide de matrices ; le lopin cylindrique et les matrices
étant à la même
température. Le forgeage isotherme, en ce qui concerne les alliages à base
nickel, permet
d'éviter que des criques de surface qui se forment lors du contact du lopin
cylindrique avec
des matrices plus froides.
Le traitement thermique peut comprendre la mise en solution à haute
température suivi d'un
refroidissement contrôlé et d'un traitement de revenu à plus basse température
pour un
temps plus long. Ces traitements permettent, par une combinaison de la
température, du
temps et des vitesses de refroidissement de piloter la microstructure en terme
de taille de
grain et de taille et répartition de la phase durcissante y' afin d'obtenir
les propriétés
mécaniques requises.
L'usinage confère à la pièce sa géométrie finale conformément au plan.
CA 03220785 2023- 11- 29
