FR3141247A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING SEVERAL BI-MATERIAL SPECIMENS - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication de plusieurs éprouvettes (1) de caractérisation, chaque éprouvette de caractérisation comprenant une première portion (2) réalisée dans un premier matériau métallique et une deuxième portion (3) réalisée dans un deuxième alliage métallique, le premier matériau métallique et le deuxième alliage ayant des compositions chimiques différentes. Selon l’invention, le procédé comprend les étapes suivantes :- réalisation de plusieurs premières portions (2) de longueurs différentes,- mise en place de chaque première portion (2) dans une cavité de moulage correspondante d’un moule carapace (6) comprenant plusieurs telles cavités de moulage,- préchauffage du moule carapace pourvu des premières portions (2), dans un four avec un gradient thermique selon l’axe des premières portions (2) de longueurs différentes,- coulée du deuxième alliage métallique (3) dans lesdites cavités de moulage contenant respectivement lesdites premières portions (2) pour former les deuxièmes portions. Figure pour l’abrégé : 7The invention relates to a method for manufacturing several characterization test pieces (1), each characterization test piece comprising a first portion (2) made from a first metallic material and a second portion (3) made from a second metallic alloy, the first metallic material and the second alloy having different chemical compositions. According to the invention, the method comprises the following steps: - production of several first portions (2) of different lengths, - placement of each first portion (2) in a corresponding molding cavity of a shell mold (6) comprising several such molding cavities, - preheating the shell mold provided with the first portions (2), in an oven with a thermal gradient along the axis of the first portions (2) of different lengths, - casting of the second metal alloy (3) in said molding cavities respectively containing said first portions (2) to form the second portions. Figure for abstract: 7
Description
La présente invention concerne le domaine général de l’aéronautique. Elle vise en particulier la fabrication d’éprouvettes pour tester le comportement mécanique de matériaux ou assemblage de matériaux destinés en particulier à des pièces de turbomachine telle que des pièces de rotor.The present invention relates to the general field of aeronautics. It aims in particular at the manufacture of test specimens to test the mechanical behavior of materials or assembly of materials intended in particular for turbomachine parts such as rotor parts.
De nos jours les turbomachines sont équipées de pièces qui sont réalisées en un ou plusieurs alliages de sorte à améliorer les performances de celle-ci. Les alliages présentent des performances en fluage spécifique à très haute température et peuvent être par exemple un CMSX-10, un CMSX4+, un TMS-162, un TMS-182 ou encore un TMS-196.Nowadays, turbomachines are equipped with parts which are made of one or more alloys in order to improve their performance. The alloys have specific creep performance at very high temperatures and can be, for example, a CMSX-10, a CMSX4+, a TMS-162, a TMS-182 or even a TMS-196.
Le document FR-A1-3077224 décrit une pièce de turbomachine comprenant une première portion formée dans un premier alliage et une deuxième portion dans un deuxième alliage. La première portion est réalisée par une première étape de fonderie dans un premier moule. La deuxième portion est réalisée par une deuxième étape de fonderie dans un deuxième moule dans lequel est placée la première portion solidifiée précédemment obtenue. Lors de la deuxième étape, le matériau en fusion du deuxième alliage est versé dans le moule contenant la première portion solidifiée. La première portion est également utilisée comme germe. Le premier alliage est plus dense que le deuxième alliage de sorte à, d’une part éviter un mélange complet du premier alliage et du deuxième alliage, et d’autre part obtenir une zone de transition réduite ainsi que maîtrisée. En effet, une portion du premier alliage au niveau de la zone de transition est refondue lors du versement du deuxième alliage.Document FR-A1-3077224 describes a turbomachine part comprising a first portion formed in a first alloy and a second portion in a second alloy. The first portion is produced by a first foundry step in a first mold. The second portion is produced by a second foundry step in a second mold in which the first solidified portion previously obtained is placed. During the second step, the molten material of the second alloy is poured into the mold containing the first solidified portion. The first portion is also used as a sprout. The first alloy is denser than the second alloy so as to, on the one hand, avoid complete mixing of the first alloy and the second alloy, and on the other hand, obtain a reduced and controlled transition zone. In fact, a portion of the first alloy at the transition zone is remelted when the second alloy is poured.
Il existe un besoin de définir les dimensions de la première portion de la pièce pour la réalisation ultérieure de la pièce finale et notamment pour maîtriser la zone de fusion de la première portion. En particulier, certaines questions peuvent se poser quant aux caractéristiques mécaniques de la jonction entre la première portion et la deuxième portion de la pièce, par exemple selon le caractère plus ou moins étendu de cette zone de jonction entre les deux portions (dû au fait que la partie supérieure de la première portion refonde plus ou moins, avant, ou pendant la coulée du matériau formant la deuxième portion).There is a need to define the dimensions of the first portion of the part for the subsequent production of the final part and in particular to control the fusion zone of the first portion. In particular, certain questions may arise regarding the mechanical characteristics of the junction between the first portion and the second portion of the part, for example depending on the more or less extensive nature of this junction zone between the two portions (due to the fact that the upper part of the first portion remelts more or less, before, or during the casting of the material forming the second portion).
Pour des raisons de performances mécaniques de la pièce finale, il existe également un besoin de déterminer d’une part, l’influence de la taille de la première portion sur la pièce réalisée avec les deux alliages et d’autre part, le comportement physique, chimique et mécanique de la zone de jonction entre les deux alliages.For reasons of mechanical performance of the final part, there is also a need to determine on the one hand, the influence of the size of the first portion on the part made with the two alloys and on the other hand, the physical behavior , chemical and mechanical of the junction zone between the two alloys.
La présente invention cherche à répondre à tout ou partie des besoins susmentionnés.The present invention seeks to meet all or part of the aforementioned needs.
L’objectif de la présente invention est de fournir une solution permettant de déterminer les caractéristiques de la zone de jonction entre deux matériaux différents d’une pièce.The objective of the present invention is to provide a solution making it possible to determine the characteristics of the junction zone between two different materials of a part.
Nous parvenons à cet objectif conformément à l’invention grâce à un procédé de fabrication de plusieurs éprouvettes de caractérisation, chaque éprouvette de caractérisation comprenant une première portion réalisée dans un premier matériau métallique et une deuxième portion réalisée dans un deuxième matériau métallique, le premier matériau métallique et le deuxième matériau métallique ayant des compositions chimiques ou des structures cristallographiques différentes, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- réalisation de plusieurs premières portions de l’éprouvette de longueurs différentes,
- mise en place de chaque première portion dans une cavité de moulage correspondante d’un moule carapace comprenant plusieurs telles cavités de moulage,
- préchauffage du moule carapace pourvu des premières portions, dans un four avec un gradient thermique selon l’axe des premières portions de longueurs différentes,
- coulée du deuxième matériau métallique dans lesdites cavités de moulage contenant respectivement lesdites premières portions pour former les deuxièmes portions.We achieve this objective in accordance with the invention thanks to a method of manufacturing several characterization test pieces, each characterization test piece comprising a first portion made from a first metallic material and a second portion made from a second metallic material, the first material metallic and the second metallic material having different chemical compositions or crystallographic structures, the process comprising the following steps:
- production of several first portions of the test piece of different lengths,
- placing each first portion in a corresponding molding cavity of a shell mold comprising several such molding cavities,
- preheating the shell mold provided with the first portions, in an oven with a thermal gradient along the axis of the first portions of different lengths,
- casting of the second metallic material into said molding cavities respectively containing said first portions to form the second portions.
Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, le fait de fabriquer plusieurs éprouvettes dans un seul moule avec des premières portions de longueurs différentes permet d’étudier différentes zones de diffusion/zone de jonction entre le premier matériau métallique et le deuxième matériau métallique, et de déterminer les dimensions (épaisseurs) de cette zone qui conduiront aux meilleures résistances mécaniques et qui permettront d’améliorer les performances thermomécaniques des pièces finales.Thus, this solution makes it possible to achieve the aforementioned objective. In particular, the fact of manufacturing several test pieces in a single mold with first portions of different lengths makes it possible to study different diffusion zones/junction zones between the first metallic material and the second metallic material, and to determine the dimensions (thicknesses ) of this zone which will lead to the best mechanical resistance and which will improve the thermomechanical performance of the final parts.
Le procédé comprend également l’une ou plusieurs étapes et/ou caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :The process also includes one or more of the following steps and/or characteristics, taken alone or in combination:
- lors de l’étape de préchauffage, le moule carapace est agencé dans le four par rapport à une position de référence et en ce qu’en fonction de la longueur des premières portions, au moins une première portion comprend une partie située au-dessus de la position de référence, où la température est supérieure à la température de fusion du premier matériau métallique et une partie située en-dessous de la position de référence où la température est inférieure à la température de fusion du premier matériau métallique.- during the preheating step, the shell mold is arranged in the oven relative to a reference position and in that depending on the length of the first portions, at least one first portion comprises a part located above of the reference position, where the temperature is higher than the melting temperature of the first metallic material and a part located below the reference position where the temperature is lower than the melting temperature of the first metallic material.
- pour au moins une des premières portions, une extrémité supérieure de ladite première portion est située en-dessous de la position de référence.- for at least one of the first portions, an upper end of said first portion is located below the reference position.
- le procédé comprend une étape de mesure comprenant une mesure d’une dimension transverse interne de chaque cavité de moulage et en ce qu’il comprend une étape de parachèvement d’au moins une première portion d’éprouvette de manière à ce qu’une dimension transverse de la première portion considérée corresponde à la dimension transverse interne, mesurée sur le moule carapace, d’une des cavités de moulage destinée à recevoir ladite première portion.- the method comprises a measurement step comprising a measurement of an internal transverse dimension of each molding cavity and in that it comprises a step of completing at least a first portion of test piece so that a transverse dimension of the first portion considered corresponds to the internal transverse dimension, measured on the shell mold, of one of the molding cavities intended to receive said first portion.
- un jeu subsiste entre une surface interne de la cavité de moulage destinée à recevoir ladite première portion, et une paroi latérale de ladite première portion, à une température de préchauffage atteinte lors de l’étape de préchauffage, préalablement à l’étape de coulée.- a clearance remains between an internal surface of the molding cavity intended to receive said first portion, and a side wall of said first portion, at a preheating temperature reached during the preheating step, prior to the casting step .
- avantageusement, le jeu est positif ou nul.- advantageously, the game is positive or zero.
- le jeu est identique entre chaque première portion et la cavité de moulage dans laquelle est introduite la première portion considérée.- the clearance is identical between each first portion and the molding cavity into which the first portion considered is introduced.
- la dimension transverse est un diamètre et le diamètre
et en ce que le diamètre
Où
and in that the diameter
Or
- l’étape de mesure est réalisée à partir d’un organe de mesure présentant au moins un segment de forme sensiblement correspondante à celle d’une cavité de moulage.- the measuring step is carried out using a measuring member having at least one segment of shape substantially corresponding to that of a molding cavity.
- chaque première portion est réalisée par fabrication additive ou par la technique de moulage à cire perdue.- each first portion is made by additive manufacturing or by the lost wax casting technique.
- le procédé comprend une étape de traitement thermique de mise en solution des premières portions réalisées dans l’étape de réalisation, le traitement thermique étant réalisé dans un four.- the process comprises a heat treatment step of dissolving the first portions produced in the production step, the heat treatment being carried out in an oven.
- le procédé comprend une étape de solidification dirigée du deuxième matériau métallique en partie inférieure de la cavité de moulage où sont installés les premières portions formées dans le premier matériau métallique, qui servent de germe à la solidification dirigée.- the method comprises a step of directed solidification of the second metallic material in the lower part of the molding cavity where the first portions formed in the first metallic material are installed, which serve as a seed for the directed solidification.
- chaque première portion est réalisée par une coulée du premier matériau métallique qui est distincte de la coulée du deuxième matériau métallique.- each first portion is produced by casting the first metallic material which is distinct from the casting of the second metallic material.
- le procédé comprend un traitement thermique des deuxièmes portions de l’éprouvette dans un four.- the process includes heat treatment of the second portions of the test piece in an oven.
- le premier matériau métallique et le deuxième matériau métallique sont des alliages à base de nickel.- the first metallic material and the second metallic material are nickel-based alloys.
- le premier matériau métallique est un germe monocristallin.- the first metallic material is a monocrystalline seed.
- le premier matériau métallique et/ou le deuxième matériau métallique présente(nt) une structure monocristalline.- the first metallic material and/or the second metallic material has a monocrystalline structure.
- le premier matériau métallique et/ou le deuxième matériau métallique présente(nt) une structure polycrocristalline.- the first metallic material and/or the second metallic material has a polycrocrystalline structure.
- chaque deuxième portion est réalisée par la technique de moulage à cire perdue.- each second portion is made using the lost wax casting technique.
- le procédé comprend une étape de fabrication d’un moule carapace comprenant les cavités de moulage ayant une longueur sensiblement identique à la longueur prédéterminée des éprouvettes.- the method comprises a step of manufacturing a shell mold comprising the molding cavities having a length substantially identical to the predetermined length of the test pieces.
- le procédé comprend une étape de fixation des premières portions dans les cavités de moulage.- the method includes a step of fixing the first portions in the molding cavities.
- le procédé comprend une étape de détermination du volume et de la masse du deuxième matériau métallique préalable à l’étape de coulée.- the method includes a step of determining the volume and mass of the second metallic material prior to the casting step.
- le volume du deuxième matériau métallique à verser est égal au volume totale du moule carapace moins le volume des premières portions à l’état solide.- the volume of the second metallic material to be poured is equal to the total volume of the shell mold minus the volume of the first portions in the solid state.
- l’organe de mesure présente un axe de révolution et des dimensions différentes le long de l’axe de révolution.- the measuring device has an axis of revolution and different dimensions along the axis of revolution.
- le jeu a une valeur comprise entre 50 µm et 200 µm.- the clearance has a value between 50 µm and 200 µm.
- la température de préchauffage est comprise entre 1450°C et 1600°C.- the preheating temperature is between 1450°C and 1600°C.
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :The invention will be better understood, and other aims, details, characteristics and advantages thereof will appear more clearly on reading the detailed explanatory description which follows, of embodiments of the invention given as an example. purely illustrative and non-limiting examples, with reference to the appended schematic drawings in which:
La
La
La
La
La
La
La
La
La pièce bi-matériau peut être une pièce de rotor de turbomachine soumise à de fortes contraintes thermomécaniques et/ou environnementales. La pièce de rotor peut par exemple être une aube de turbine. Bien entendu, la pièce bi-matériau peut encore être utilisée dans d’autres domaines où les contraintes thermomécaniques que celle-ci subit sont importantes. La pièce bi-matériaux permet, d’une part d’obtenir un gain de masse et d’autre part d’obtenir des propriétés matériau différentes pour les deux parties constituant la pièce finale. En particulier, la pièce bi-matériau permet d’améliorer les performances de celle-ci grâce à des matériaux ayant des caractéristiques physico-chimiques et thermomécaniques renforcées.The bi-material part may be a turbomachine rotor part subject to strong thermomechanical and/or environmental constraints. The rotor part can for example be a turbine blade. Of course, the bi-material part can still be used in other areas where the thermomechanical constraints that it undergoes are significant. The bi-material part makes it possible, on the one hand, to obtain a gain in mass and on the other hand to obtain different material properties for the two parts constituting the final part. In particular, the bi-material part makes it possible to improve its performance thanks to materials with reinforced physicochemical and thermomechanical characteristics.
L’éprouvette 1 de caractérisation telle que représentée sur la
Le premier matériau métallique et le deuxième matériau métallique sont différents. Plus précisément, le premier matériau métallique et le deuxième matériau métallique ont des compositions physico-chimiques différentes et/ou des densités différentes. Les première et deuxièmes portion 2, 3 peuvent présenter éventuellement des formes et/ou structures cristallographiques différentes. Le choix des alliages dépend de l’application visée, du gain de masse recherché et des performances thermomécaniques souhaitées pour l’éprouvette et/ou la pièce finale.The first metal material and the second metal material are different. More precisely, the first metallic material and the second metallic material have different physicochemical compositions and/or different densities. The first and second portions 2, 3 may possibly have different crystallographic shapes and/or structures. The choice of alloys depends on the intended application, the desired mass gain and the thermomechanical performance desired for the specimen and/or the final part.
De manière avantageuse, le premier matériau métallique peut comprendre un métal pur ou un alliage. Dans le cas d’un alliage, le premier matériau métallique et/ou le deuxième matériau métallique est/sont un alliage (ou superalliage) à base de nickel.Advantageously, the first metallic material may comprise a pure metal or an alloy. In the case of an alloy, the first metallic material and/or the second metallic material is/are a nickel-based alloy (or superalloy).
Dans le but d’améliorer la tenue des pièces face aux contraintes mécaniques et thermiques, le premier matériau métallique et/ou le deuxième matériau métallique présente(nt) une structure cristalline spécifique. Concernant la structure cristalline, le deuxième matériau métallique peut être équiaxe, colonnaire ou monocristalline. Avantageusement, la structure du premier matériau métallique et/ou le deuxième matériau métallique est/sont monocristalline. De manière alternative, le premier matériau métallique et/ou le deuxième alliage présente(nt) une structure polycrocristalline. Dans le cas d’une structure monocristalline, les superalliages ont une concentration de tantale, titanium, d’aluminium, chrome, et/ou cobalt faible (inférieur par exemple à 10% de la masse totale de l’alliage).In order to improve the resistance of the parts to mechanical and thermal stresses, the first metallic material and/or the second metallic material has(have) a specific crystalline structure. Concerning the crystal structure, the second metallic material can be equiaxed, columnar or monocrystalline. Advantageously, the structure of the first metallic material and/or the second metallic material is/are monocrystalline. Alternatively, the first metallic material and/or the second alloy has a polycrocrystalline structure. In the case of a monocrystalline structure, the superalloys have a low concentration of tantalum, titanium, aluminum, chromium, and/or cobalt (for example less than 10% of the total mass of the alloy).
Avantageusement, le premier matériau métallique et/ou le deuxième matériau métallique sont choisis dans le groupe comprenant CMSX4®, CMSX4® (SLS), AM1, AM3, René N6, René N5, TMS 75, Inconel® 100, et Inconel® 718.Advantageously, the first metallic material and/or the second metallic material are chosen from the group comprising CMSX4®, CMSX4® (SLS), AM1, AM3, René N6, René N5, TMS 75, Inconel® 100, and Inconel® 718.
De manière avantageuse, le premier matériau métallique est un CMSX4® (SLS), et le deuxième matériau métallique est un AM1. Le CMSX4® est un alliage très résistant au fluage spécifique à haute température et a une densité de l’ordre de 8,70 à température ambiante (comprise entre 20° et 25°). Le CMSX4® (SLS) présente une résistance au fluage à haute température encore améliorée ainsi qu’également une résistance à l’oxydation et à la corrosion à haute température. L’alliage AM1 présente une densité de l’ordre de 8,60 à température ambiante (comprise entre 20° et 25). Le CMSX4® comme le CMSX4®(SLS) est plus dense que l’AM1.Advantageously, the first metallic material is a CMSX4® (SLS), and the second metallic material is an AM1. CMSX4® is an alloy very resistant to specific creep at high temperatures and has a density of around 8.70 at room temperature (between 20° and 25°). CMSX4® (SLS) features further improved high temperature creep resistance as well as high temperature oxidation and corrosion resistance. The AM1 alloy has a density of around 8.60 at room temperature (between 20° and 25°). CMSX4® like CMSX4®(SLS) is denser than AM1.
La
Le procédé 100 selon l’invention comprend la réalisation 101 de plusieurs premières portions 2 de l’éprouvette de longueurs différentes. Le premier matériau métallique, plus dense, est fabriqué en premier.The method 100 according to the invention comprises the production 101 of several first portions 2 of the test piece of different lengths. The first, denser metal material is made first.
De manière avantageuse, mais non limitativement, les premières portions 2 sont réalisées par la technique de moulage à cire perdue. En particulier, l’étape de réalisation 101 comprend les sous-étapes successives de :
- fabrication 102 d’au moins un premier modèle en cire ou dans un autre matériau équivalent. Dans le présent exemple, le premier modèle est en cire.
- fabrication 103 d’une grappe avec plusieurs premiers modèles. De manière avantageuse, les premiers modèles présentent des longueurs identiques. De manière alternative, les longueurs des premiers modèles sont différentes.
- fabrication 104 d’un premier moule carapace en matériau réfractaire. De manière connue, le premier moule carapace est obtenu par dépôts successifs de plusieurs couches de barbotine et chaque dépôt est suivi d’un trempage, égouttage, sablage, et séchage. La barbotine peut être différente à chaque opération de dépôt de couche. De manière avantageuse, mais non limitativement, le matériau réfractaire comprend une céramique.
- suppression 105 des premiers modèles en cire dans la grappe (connue sous l’expression décirage).
- cuisson 106 du premier moule carapace (connue sous l’expression de frittage).
- coulée 107 du premier matériau métallique en fusion.
- solidification 108 du premier alliage.
- décochage 109 du premier moule carapace afin de révéler les différentes premières portions d’éprouvette. Le premier moule carapace est détruit.
- manufacturing 102 of at least a first model in wax or in another equivalent material. In this example, the first model is made of wax.
- manufacturing 103 of a cluster with several first models. Advantageously, the first models have identical lengths. Alternatively, the lengths of the first models are different.
- manufacturing 104 of a first shell mold made of refractory material. In known manner, the first shell mold is obtained by successive deposits of several layers of slip and each deposit is followed by soaking, draining, sanding, and drying. The slip may be different for each layer deposition operation. Advantageously, but not limited to, the refractory material comprises a ceramic.
- removal 105 of the first wax patterns in the cluster (known as dewaxing).
- cooking 106 of the first shell mold (known as sintering).
- casting 107 of the first molten metallic material.
- solidification 108 of the first alloy.
- release 109 of the first shell mold in order to reveal the different first test tube portions. The first shell mold is destroyed.
L’étape de réalisation 101 peut éventuellement comprendre une étape de séchage finale avant l’étape de suppression 105 des modèles en cire. L’étape de réalisation 101 peut éventuellement comprendre une étape de refroidissement après la solidification. L’étape de réalisation 101 peut éventuellement comprendre une étape de découpage des premières portions 2 après le décochage.The production step 101 may optionally include a final drying step before the step 105 of removing the wax models. The production step 101 may optionally include a cooling step after solidification. The production step 101 may optionally include a step of cutting the first portions 2 after stripping.
De manière alternative, les premières portions 2 sont chacune réalisées par fabrication additive.Alternatively, the first portions 2 are each produced by additive manufacturing.
Suivant une autre alternative, le premier moule carapace est réalisé par fabrication additive.According to another alternative, the first shell mold is made by additive manufacturing.
De manière avantageuse, le procédé de fabrication comprend une étape de traitement thermique 110 des premières portions 2. Ce traitement thermique est en particulier un traitement thermique de mise en solution de chaque première portion 2. Une température de l’ordre de 1250°C à 1350°C. est appliquée aux premières portions 2 pendant une période de temps prédéterminée. De manière avantageuse, ce traitement thermique a lieu après une étape de décochage (soit à l’extérieur du premier moule carapace) ou après la fabrication des premières portions par fabrication additive.Advantageously, the manufacturing process comprises a heat treatment step 110 of the first portions 2. This heat treatment is in particular a heat treatment for dissolving each first portion 2. A temperature of the order of 1250°C at 1350°C. is applied to the first portions 2 for a predetermined period of time. Advantageously, this heat treatment takes place after a shakeout step (i.e. outside the first shell mold) or after the manufacture of the first portions by additive manufacturing.
Une mise en solution est un traitement thermique consistant à porter un alliage métallique à une température prédéterminée et pendant une durée prédéterminée permettant de d’obtenir des phases à l’état de solutions solides homogènes à l’échelle macroscopique. La mise en solution se fait à température d’autant plus élevée que des éléments d’additions ont un caractère réfractaire. Les éléments d’additions sont par exemple, le tungstène, le tantale, le molybdène, le rhénium, etc. Le traitement thermique 110 est réalisé dans un four dédié. De manière avantageuse, mais non limitativement, le four est de type sous vide.A solution treatment is a heat treatment consisting of bringing a metal alloy to a predetermined temperature and for a predetermined duration making it possible to obtain phases in the state of homogeneous solid solutions on the macroscopic scale. The solution is put into solution at a temperature that is all the higher as the addition elements have a refractory character. The addition elements are for example tungsten, tantalum, molybdenum, rhenium, etc. The heat treatment 110 is carried out in a dedicated oven. Advantageously, but not limited to, the oven is of the vacuum type.
Le procédé comprend une étape de réalisation 120 de plusieurs deuxièmes portions 3 dans le deuxième matériau métallique qui seront assemblées avec (en pratique coulées sur) les premières portions 2 installées dans une cavité de moulage 7 pour former respectivement une éprouvette avec des zones de jonction différentes.The method comprises a step of producing several second portions 3 in the second metallic material which will be assembled with (in practice cast on) the first portions 2 installed in a molding cavity 7 to respectively form a test piece with different junction zones .
La zone de jonction 4 est une zone de rencontre entre le premier matériau métallique et le deuxième matériau métallique. La zone de jonction 4 pourrait présenter des caractéristiques mécaniques et thermiques différentes selon son épaisseur (i.e. : selon sa hauteur). Le but de l’invention est de pouvoir ainsi réaliser des essais sur les zones de jonction 4 entre les matériaux des premières et deuxièmes portions 2, 3 et pour différentes zones de jonction 4 qui sont plus ou moins épaisses de sorte à pouvoir identifier la meilleure configuration au vu des propriétés souhaitées pour la pièce bi-matériau.The junction zone 4 is a meeting zone between the first metallic material and the second metallic material. The junction zone 4 could present different mechanical and thermal characteristics depending on its thickness (i.e.: depending on its height). The aim of the invention is thus to be able to carry out tests on the junction zones 4 between the materials of the first and second portions 2, 3 and for different junction zones 4 which are more or less thick so as to be able to identify the best configuration in view of the desired properties for the bi-material part.
Suivant une caractéristique avantageuse, les deuxièmes portions 3 sont réalisées par la technique de moulage à cire perdue. A cet effet, l’étape de réalisation 120 comprend une sous-étape de fabrication 121 d’un deuxième modèle (en cire ou dans un matériau équivalent) et une sous-étape de fabrication 122 d’un deuxième moule carapace 6 en forme de grappe avec plusieurs deuxièmes modèles. De manière avantageuse, les deuxièmes modèles sont façonnés aux dimensions souhaitées pour chaque deuxième portion 3 de l’éprouvette.According to an advantageous characteristic, the second portions 3 are produced by the lost wax casting technique. For this purpose, the production step 120 comprises a sub-step 121 of manufacturing a second model (in wax or an equivalent material) and a sub-step 122 of manufacturing a second shell mold 6 in the shape of a cluster with several second models. Advantageously, the second models are shaped to the desired dimensions for each second portion 3 of the test piece.
Le deuxième moule carapace 6 est en matériau réfractaire (par exemple en céramique). Comme pour le premier moule carapace, le deuxième moule carapace 6 est obtenu par dépôts successifs de plusieurs couches de barbotine et chaque dépôt est suivi d’un trempage, égouttage, sablage, et séchage. La barbotine peut être différente à chaque opération de dépôt de couches.The second shell mold 6 is made of refractory material (for example ceramic). As with the first shell mold, the second shell mold 6 is obtained by successive deposits of several layers of slip and each deposit is followed by soaking, draining, sanding, and drying. The slip may be different for each layer deposition operation.
Ces étapes sont suivies de manière avantageuse, de la suppression des deuxièmes modèles en cire dans le deuxième moule et de la cuisson du deuxième moule carapace.These steps are advantageously followed by the removal of the second wax patterns in the second mold and the firing of the second shell mold.
Un exemple de deuxième moule carapace 6 est illustré sur les figures 2 et 3. Le deuxième moule carapace 6 comprend plusieurs cavités de moulage 7 (dont une est représentée en pointillé sur la
De même, la géométrie des éprouvettes 1 ou du moins leurs portions 2, 3 définissent la forme du moule carapace. Dans le présent exemple, chaque éprouvette 1 présente une forme cylindrique à section circulaire. De la sorte, chaque première portion 2 et chaque deuxième portion 3 sont respectivement cylindriques à section circulaire. Chaque cavité de moulage 7 dans ce présent exemple est cylindrique d’axe parallèle à l’axe central B.Likewise, the geometry of the test pieces 1 or at least their portions 2, 3 define the shape of the shell mold. In the present example, each test piece 1 has a cylindrical shape with a circular section. In this way, each first portion 2 and each second portion 3 are respectively cylindrical with a circular section. Each molding cavity 7 in this present example is cylindrical with an axis parallel to the central axis B.
De manière alternative, les éprouvettes 1 présentent une section rectangulaire au lieu de circulaire. De manière générale, la forme des éprouvettes doit être simple de manière à réaliser aisément les moules carapaces. En particulier, la géométrie des éprouvettes doit permettre de faire toutes les caractérisations physico-chimiques et mécaniques envisagées. De plus, elle doit faciliter l’intégration, par insertion dans des orifices (tels que les orifices 8 décrits ci-après dans la description) des éprouvettes 1 dans un moule pour faire la deuxième coulée. Nous comprenons de la sorte que la section transversale de l’éprouvette est de préférence constante (ou identique) suivant toute sa longueur.Alternatively, the test pieces 1 have a rectangular section instead of a circular one. In general, the shape of the test pieces must be simple so as to easily make the shell molds. In particular, the geometry of the test pieces must make it possible to carry out all the physicochemical and mechanical characterizations envisaged. In addition, it must facilitate the integration, by insertion into orifices (such as the orifices 8 described below in the description) of the test pieces 1 in a mold to make the second casting. We thus understand that the cross section of the test piece is preferably constant (or identical) along its entire length.
Sur les figures 3 et 4, chaque cavité de moulage 7 débouche d’une part, par un orifice 8 défini dans une surface externe 9 du deuxième moule carapace 6 et d’autre part, dans un godet d’alimentation 10 (via une couronne 13 et un fut central 12). Chaque orifice 8 permettra l’insertion ultérieure d’une première portion 2 d’éprouvette. Dans le cadre de cet exemple, chaque cavité de moulage 7 débouche dans un canal annulaire 11 (représenté en pointillé sur la
Le deuxième moule carapace 6 est formé autour d’un fut central 12 d’axe central B dans lequel débouche le godet d’alimentation 10. Ce dernier est centré sur l’axe central B. Le deuxième moule carapace 6 comprend un anneau ou couronne 13 centrée sur l’axe central B, une base 14 et des parois tubulaires 15 s’étendant entre la couronne 13 et la base 14. La couronne 13 entoure le fut central 12. Les cavités de moulage 7 sont délimitées chacune par une paroi tubulaire 15 dont l’axe est parallèle à l’axe B et qui est formée de matériau céramique (portions de la carapace). La couronne 13 délimite les parois du canal annulaire 11 et est également creuse. Les cavités de moulage 7 et le canal annulaire 11 sont en effet obtenus après les étapes suppression des deuxièmes modèles et cuisson du deuxième moule carapace 6 où le matériau du deuxième modèle a été éliminé. La base 14 du deuxième moule carapace 6 comprend la surface externe 9 laquelle définit un disque dans le présent exemple. Bien entendu, cette surface externe 9 peut définir une forme rectangulaire ou tout autre permettant une insertion des premières portions et la fabrication de plusieurs portions d’éprouvette.The second shell mold 6 is formed around a central barrel 12 of central axis B into which the feed bucket 10 opens. The latter is centered on the central axis B. The second shell mold 6 comprises a ring or crown 13 centered on the central axis B, a base 14 and tubular walls 15 extending between the crown 13 and the base 14. The crown 13 surrounds the central barrel 12. The molding cavities 7 are each delimited by a tubular wall 15 whose axis is parallel to axis B and which is formed of ceramic material (portions of the carapace). The crown 13 delimits the walls of the annular channel 11 and is also hollow. The molding cavities 7 and the annular channel 11 are in fact obtained after the steps of removing the second models and cooking the second shell mold 6 where the material of the second model has been eliminated. The base 14 of the second shell mold 6 comprises the external surface 9 which defines a disc in the present example. Of course, this external surface 9 can define a rectangular shape or any other allowing insertion of the first portions and the manufacture of several test specimen portions.
La base 14 est ici opposée suivant l’axe central B au godet d’alimentation 10.The base 14 is here opposite along the central axis B to the feed bucket 10.
De manière avantageuse, chaque cavité de moulage 7 présente une longueur L2 identique ou sensiblement identique (+ ou – 5 cm).Advantageously, each molding cavity 7 has an identical or substantially identical length L2 (+ or – 5 cm).
Le procédé comprend de manière avantageuse une étape de coulée 123 du deuxième matériau métallique formant les deuxièmes portions 3 dans plusieurs cavités de moulage 7 contenant respectivement une première portion 2 d’éprouvette. Cette étape 123 est une sous étape de l’étape de réalisation 120 des deuxièmes portions 3 d’éprouvette. Ces dernières sont situées vers la base du deuxième moule carapace 6 et en partie inférieure des cavités de moulage 7 (mais au-dessus des premières portions 2). Le deuxième matériau métallique est préalablement fondu dans un creuset à une température spécifique avant d’être versée dans le deuxième moule carapace 6 avec une loi de versement prédéterminée. Le deuxième moule carapace 6 est avantageusement disposé dans le four et le deuxième matériau métallique est versé depuis la première ouverture 36 de l’enceinte 33.The method advantageously comprises a step of casting 123 of the second metallic material forming the second portions 3 in several molding cavities 7 respectively containing a first portion 2 of a test piece. This step 123 is a sub-step of the step 120 of producing the second test tube portions 3. The latter are located towards the base of the second shell mold 6 and in the lower part of the molding cavities 7 (but above the first portions 2). The second metallic material is previously melted in a crucible at a specific temperature before being poured into the second shell mold 6 with a predetermined pouring law. The second shell mold 6 is advantageously placed in the oven and the second metallic material is poured from the first opening 36 of the enclosure 33.
Le procédé de fabrication comprend une étape de mesure 130 d’au moins une dimension de chaque cavité de moulage 7. De manière avantageuse, mais non limitativement, la dimension est une dimension transverse interne de chaque cavité de moulage. Dans le cadre de cet exemple de réalisation, la dimension transverse interne est le diamètre de la cavité de moulage qui présente une section circulaire. Cette étape de mesure 130 est réalisée préalablement à l’étape de coulée 123. En effet, les dimensions des premières portions 2 d’éprouvette destinées à être insérées dans les cavités de moulage 7 du deuxième moule carapace 6 peuvent présenter des écarts avec les dimensions souhaitées au préalable. De même, les cavités de moulage 7 du deuxième moule carapace 6 peuvent présenter des dimensions ne correspondant pas à celles souhaitées et notamment les diamètres des orifices 8 peuvent être légèrement différents d’une valeur nominale souhaitée, et différents les uns des autres. Avantageusement, la mesure porte sur chaque orifice 8. Ces écarts ou variabilités sont dus aux tolérances géométriques des premiers modèles en cire, des deuxièmes modèles en cire, et/ou des différentes étapes du procédé de fabrication. Ces écarts ou variabilités sont compris par exemple entre 50 µm et 200 µm.The manufacturing process comprises a step 130 of measuring at least one dimension of each molding cavity 7. Advantageously, but not limitedly, the dimension is an internal transverse dimension of each molding cavity. In the context of this exemplary embodiment, the internal transverse dimension is the diameter of the molding cavity which has a circular section. This measuring step 130 is carried out prior to the casting step 123. In fact, the dimensions of the first test specimen portions 2 intended to be inserted into the molding cavities 7 of the second shell mold 6 may present deviations from the dimensions desired in advance. Likewise, the molding cavities 7 of the second shell mold 6 may have dimensions that do not correspond to those desired and in particular the diameters of the orifices 8 may be slightly different from a desired nominal value, and different from each other. Advantageously, the measurement relates to each orifice 8. These deviations or variabilities are due to the geometric tolerances of the first wax models, the second wax models, and/or the different stages of the manufacturing process. These differences or variabilities are for example between 50 µm and 200 µm.
L’étape de mesure 130 va permettre d’ajuster la dimension des premières portions 2 qui vont se dilater pendant le traitement thermique (notamment pendant l’étape de préchauffage et avant la coulée 123 du deuxième matériau métallique). En particulier, sans précaution particulière, les première portions 2 pourraient venir en contact avec la surface interne des cavités de moulage 7 lors de la dilatation et exercer des contraintes sur celle-ci pouvant générer des fractures ou ruptures du deuxième moule carapace 6 avant la coulée du deuxième matériau métallique.The measuring step 130 will make it possible to adjust the dimension of the first portions 2 which will expand during the heat treatment (in particular during the preheating step and before casting 123 of the second metallic material). In particular, without particular precautions, the first portions 2 could come into contact with the internal surface of the molding cavities 7 during expansion and exert stresses thereon which could generate fractures or ruptures of the second shell mold 6 before casting. of the second metallic material.
Cette étape de mesure 130 est de manière avantageuse, mais non limitativement, réalisée à partir d’un organe de mesure 20 adéquat (ou pige). L’organe de mesure 20 est inséré jusqu’à ce que celui-ci soit en contact avec la surface interne de la cavité de moulage 7 (soit avec la carapace). Une fois en contact avec la carapace, le diamètre correspondant est noté pour chaque numéro d’orifice 8.This measuring step 130 is advantageously, but not limited to, carried out using a suitable measuring member 20 (or gauge). The measuring member 20 is inserted until it is in contact with the internal surface of the molding cavity 7 (i.e. with the carapace). Once in contact with the shell, the corresponding diameter is noted for each orifice number 8.
La
De manière avantageuse, l’organe de mesure 20 comprend plusieurs segments 20a, 20b, 20n ayant chacun un diamètre d différent et qui varie en croissant de la première extrémité 21 à la deuxième extrémité 22 ou inversement. De même, l’organe de mesure 20 comprend une longueur L3 sensiblement égale à celle d’une cavité de moulage 7. De préférence, mais non limitativement, la longueur L3 est supérieure à la longueur L2 des cavités de moulage 7 de manière à permettre une meilleure manipulation de l’organe de mesure 20. Chaque segment 20a, 20b, 20c, 20d, 20n présente sur l’exemple illustré une longueur L4 identique.Advantageously, the measuring member 20 comprises several segments 20a, 20b, 20n each having a different diameter d and which varies in an ascending fashion from the first end 21 to the second end 22 or vice versa. Likewise, the measuring member 20 comprises a length L3 substantially equal to that of a molding cavity 7. Preferably, but not limited to, the length L3 is greater than the length L2 of the molding cavities 7 so as to allow better handling of the measuring member 20. Each segment 20a, 20b, 20c, 20d, 20n has an identical length L4 in the example illustrated.
Suivant un exemple de réalisation de la
Le procédé de réalisation comprend une étape de parachèvement 140 d’au moins une première portion 2 d’éprouvette. Cette étape 140 permet que les dimensions des premières portions correspondent aux dimensions d’au moins une cavité de moulage 7. Dans le présent exemple, le parachèvement comprend un usinage d’au moins une première portion 2. Les dimensions à usiner sur la première portion 2 sont au moins une dimension transverse telle qu’ici le diamètre (pour l’adapter au diamètre effectif de l’orifice 8 correspondant). De la sorte, cela permet d’avoir un même jeu entre chaque surface interne d’une cavité de moulage 7 (destinée à recevoir une première portion 2) et une paroi latérale d’une première portion 2 à la température de préchauffage atteinte lors de l’étape de préchauffage. Cette étape de parachèvement 140 est réalisée préalablement à l’étape de coulée 123. Le jeu qui subsiste est positif ou nul.The production method comprises a step of finishing 140 of at least a first portion 2 of a test piece. This step 140 allows the dimensions of the first portions to correspond to the dimensions of at least one molding cavity 7. In the present example, the completion comprises machining of at least a first portion 2. The dimensions to be machined on the first portion 2 are at least one transverse dimension such as here the diameter (to adapt it to the effective diameter of the corresponding orifice 8). In this way, this makes it possible to have the same clearance between each internal surface of a molding cavity 7 (intended to receive a first portion 2) and a side wall of a first portion 2 at the preheating temperature reached during the preheating stage. This finishing step 140 is carried out before casting step 123. The remaining clearance is positive or zero.
De manière avantageuse, l’étape de parachèvement 140 comprend également l’usinage des premières portions 2 suivant différentes longueurs L10 (si les premières portions 2 n’ont pas déjà des longueurs différentes), pour obtenir des premières portions de longueurs différentes. Les portions de différentes longueurs permettent de réaliser ultérieurement des zones de jonction 4 plus ou moins épaisses. En particulier, la longueur L10 des premières portions 2 varie et augmente d’un pas compris entre 5 et 10 mm par exemple.Advantageously, the finishing step 140 also includes the machining of the first portions 2 according to different lengths L10 (if the first portions 2 do not already have different lengths), to obtain first portions of different lengths. The portions of different lengths make it possible to subsequently produce more or less thick junction zones 4. In particular, the length L10 of the first portions 2 varies and increases by a step of between 5 and 10 mm for example.
Ainsi à titre d’exemple et en référence à la
De manière avantageuse, le jeu « Jeu » entre chaque surface interne d’une cavité de moulage 7 et la paroi latérale d’une première portion 2 a une valeur comprise entre 50 µm et 200 µm, par exemple égale à 100 µm, pour la température maximale atteinte lors de l’étape de préchauffage. Cette température correspond à la température finale maximale de préchauffage avant de l’étape de coulée 123. Elle est appelée température de préchauffage Tmax dans la suite, et vaut par exemple 1530°C. La température de liquidus du premier matériau métallique est ici de l’ordre de 1360°C et la dilatation thermique du premier matériau métallique est calculée à sa température de solidus, ici de 1290°C. Le diamètre recherché des première portions 2 à la température de préchauffage,
Où
Le diamètre de chaque cavité de moulage 7 à la température de préchauffage,
Où
Connaissant le diamètre de chaque cavité de moulage à la température de préchauffage Tmax avec la relation (2), il possible de calculer à partir de la relation (1), le diamètre de chaque éprouvette recherché à Tmax. Une fois cette valeur connue pour chaque cavité de moulage 7, la relation (3) ci-après permet de calculer le diamètre qu’il faut à température ambiante,
Où
Ces différents calculs permettent de bien dimensionner le diamètre des éprouvettes en prenant en compte la dilatation thermique et d’éviter un contact entre chaque première portion 2 et la surface interne des cavités de moulage 7 lors d’une étape de préchauffage décrite ultérieurement. Ces différents calculs peuvent également éviter, s’il y a contact, que la première portion 2 en se dilatant, ne contraigne le deuxième moule carapace 6.These various calculations make it possible to correctly dimension the diameter of the test pieces by taking into account thermal expansion and to avoid contact between each first portion 2 and the internal surface of the molding cavities 7 during a preheating step described subsequently. These different calculations can also prevent, if there is contact, the first portion 2, by expanding, from constraining the second shell mold 6.
Le procédé de fabrication comprend une étape de mise en place 150 de chaque première portion 2 dans une cavité de moulage 7. Cette étape a lieu après les étapes de mesure 130 et de parachèvement. Les premières portions 2 sont insérées dans le deuxième moule 6 carapace via les orifices 8. A cet effet, le deuxième moule carapace 6 est basculé de sorte que la surface externe 9 et les orifices 8 soient accessibles. La géométrie et configuration du deuxième moule 6 permet d’insérer et de positionner facilement les premières portions dans un premier matériau métallique.The manufacturing process comprises a step of placing 150 of each first portion 2 in a molding cavity 7. This step takes place after the measuring steps 130 and completion. The first portions 2 are inserted into the second shell mold 6 via the orifices 8. For this purpose, the second shell mold 6 is tilted so that the external surface 9 and the orifices 8 are accessible. The geometry and configuration of the second mold 6 makes it possible to easily insert and position the first portions in a first metallic material.
Le procédé de fabrication comprend de manière avantageuse, mais non limitativement, une étape de fixation 160 des premières portions 2 dans chaque cavité de moulage 7. Dans l’exemple de réalisation, la fixation est réalisée au moyen d’une colle. La fixation des premières portions 2 permet de garantir un bon maintien de celles-ci dans leurs cavités de moulage 7 respectives lors de la manipulation du deuxième moule 6 carapace jusqu’à sa mise en place dans un dispositif de chauffage 30 ultérieur. D’autre part, la fixation permet de centrer chaque première portion 2 dans la cavité de moulage 7 correspondante. Avantageusement, les moyens de fixation (une colle) sont disposés sur les premières portions 2 avant leur insertion ou mise en place dans chaque cavité de moulage 7. Avantageusement, l’étape de fixation 160 a lieu préalablement à l’étape de coulée 123.The manufacturing process advantageously, but not limitedly, comprises a step of fixing 160 of the first portions 2 in each molding cavity 7. In the exemplary embodiment, the fixing is carried out by means of an adhesive. The fixing of the first portions 2 makes it possible to guarantee good maintenance of them in their respective molding cavities 7 during the handling of the second shell mold 6 until its installation in a subsequent heating device 30. On the other hand, the fixing makes it possible to center each first portion 2 in the corresponding molding cavity 7. Advantageously, the fixing means (glue) are placed on the first portions 2 before their insertion or placement in each molding cavity 7. Advantageously, the fixing step 160 takes place prior to the casting step 123.
Le procédé comprend une étape de préchauffage 170 du deuxième moule carapace 6 comprenant les premières portions 2 agencées dans chaque cavité de moulage 7. L’étape de préchauffage 170 est destinée à fondre une partie des premières portions 2 d’éprouvettes. Cette étape de préchauffage 170 est réalisée préalablement à l’étape de coulée 123. L’étape de préchauffage 170 permet d’éviter un choc thermique du deuxième moule 6 (qui peut casser le deuxième moule) lors d’un versement d’un alliage en fusion. Le deuxième moule 6 est généralement préchauffé jusqu’à une température proche de celle de l’alliage qui sera versé. Dans le cadre de cet exemple de réalisation, cette étape de préchauffage 170 est également utilisée pour faire fondre une partie des germes (premier matériau métallique).The method comprises a preheating step 170 of the second shell mold 6 comprising the first portions 2 arranged in each molding cavity 7. The preheating step 170 is intended to melt part of the first portions 2 of test pieces. This preheating step 170 is carried out prior to the casting step 123. The preheating step 170 makes it possible to avoid thermal shock of the second mold 6 (which can break the second mold) during pouring of an alloy in fusion. The second mold 6 is generally preheated to a temperature close to that of the alloy which will be poured. In the context of this exemplary embodiment, this preheating step 170 is also used to melt part of the seeds (first metallic material).
Pour cela, le deuxième moule carapace 6 est agencé par rapport à une position de référence P et de manière avantageuse dans le dispositif de chauffage 30. Le dispositif de chauffage 30 est ici un four avec un gradient thermique selon l’axe des premières portions de longueurs différentes. De manière avantageuse, mais non limitativement, le four est de type Bridgman.For this, the second shell mold 6 is arranged relative to a reference position P and advantageously in the heating device 30. The heating device 30 is here an oven with a thermal gradient along the axis of the first portions of different lengths. Advantageously, but not limited to, the oven is of the Bridgman type.
Dans la position de référence P, les premières portions 2 d’éprouvette sont positionnées suivant une hauteur spécifique par rapport aux zones froides 31 et zones chaudes 32 du four. La position de référence P est dans le présent exemple, la séparation entre les zones chaudes et froides 31, 32 par rapport à l’axe du four.In the reference position P, the first portions 2 of the test piece are positioned at a specific height relative to the cold zones 31 and hot zones 32 of the oven. The reference position P is in this example, the separation between the hot and cold zones 31, 32 relative to the axis of the oven.
De manière avantageuse, le deuxième moule carapace 6 est disposé sur un socle connu sous le terme de « sole » et qui sera utilisé dans la suite de la description. De manière avantageuse, la sole est mobile. La sole est également avantageusement froide (environ 20°C). La sole 40 permet de positionner facilement le deuxième moule carapace 6 par rapport à la position de référence P. Les orifices 8 sont de la sorte orientés vers la sole 40 (soit tournés vers le bas). De cette manière, les premières portions 2 sont situées en partie inférieure du deuxième moule carapace 6 en référence à l’axe vertical de la
En fonction de la longueur L10 (i.e. : hauteur) de chaque première portion 2, certaines premières portions 2 comprennent une partie qui est située d’une part, au-dessus de la position de référence P et dans la zone chaude et une partie qui est située d’autre part en-dessous de la position de référence P et dans la zone froide. La partie des premières portions 2 au-dessus de la position de référence P permettra de définir la zone de jonction 4 avec le deuxième matériau métallique qui sera coulé avec refusion. Au moins une première portion est entièrement située en-dessous de la position de référence P.Depending on the length L10 (i.e.: height) of each first portion 2, certain first portions 2 include a part which is located on the one hand, above the reference position P and in the hot zone and a part which is also located below the reference position P and in the cold zone. The part of the first portions 2 above the reference position P will make it possible to define the junction zone 4 with the second metallic material which will be cast with reflow. At least a first portion is entirely located below the reference position P.
Lors de la phase de préchauffage 170 du deuxième moule carapace 6, les parties des premières portions 2 du premier matériau métallique qui seront en face (au niveau) des zones chaudes du four seront essentiellement fondues (vont devenir liquides) lorsque la température sera supérieure à la température de fusion du premier matériau métallique. Une certaine hauteur/longueur d’au moins une première portion est fondue de manière à définir une zone de refusion Z (puisque le premier matériau métallique a déjà été fondu). En d’autres termes, en-dessous de la position de référence P, la température des zones froides est inférieure à la température de fusion du premier matériau métallique. La partie dans la zone froide reste essentiellement solide (en tout cas avant que le deuxième matériau métallique, liquide, ne soit versé). Au-dessus de la position de référence P, la température des zones chaudes est supérieure à la température de fusion du premier alliage. Ainsi, lors de la coulée du deuxième matériau métallique, il y aura une interaction entre cette zone de refusion et de deuxième matériau métallique.During the preheating phase 170 of the second shell mold 6, the parts of the first portions 2 of the first metallic material which will be opposite (at the level) of the hot zones of the oven will essentially be melted (will become liquid) when the temperature is higher than the melting temperature of the first metallic material. A certain height/length of at least a first portion is melted so as to define a remelting zone Z (since the first metallic material has already been melted). In other words, below the reference position P, the temperature of the cold zones is lower than the melting temperature of the first metallic material. The part in the cold zone remains essentially solid (at least before the second, liquid metallic material is poured). Above the reference position P, the temperature of the hot zones is higher than the melting temperature of the first alloy. Thus, during the casting of the second metallic material, there will be an interaction between this remelting zone and the second metallic material.
La zone de refusion Z correspondra à la zone de jonction 4 de l’éprouvette finale obtenue.The reflow zone Z will correspond to the junction zone 4 of the final specimen obtained.
La
L’étape de coulée 123 a lieu après l’étape de préchauffage 170.Casting step 123 takes place after preheating step 170.
Préalablement à l’étape de coulée 123, le procédé comprend une étape de détermination 180 du volume et de la masse du deuxième matériau métallique. Le volume nécessaire du deuxième matériau métallique nécessaire pour le remplissage de chaque cavité de moulage 7 est calculée à partir du volume du deuxième moule carapace 6 et du volume des premières portions après dilatation. La formule pour déterminer le volume à verser est la suivante :
Prior to the casting step 123, the method comprises a step 180 of determining the volume and the mass of the second metallic material. The necessary volume of the second metallic material necessary for filling each molding cavity 7 is calculated from the volume of the second shell mold 6 and the volume of the first portions after expansion. The formula to determine the volume to pour is as follows:
Volume du deuxième matériau métallique = volume totale du deuxième moule carapace – le volume des premières portions à l’état solide.Volume of the second metal material = total volume of the second shell mold – the volume of the first portions in the solid state.
De même, la masse du deuxième matériau métallique est déterminée à partir de la masse de la masse volumique du deuxième matériau métallique.Likewise, the mass of the second metallic material is determined from the mass of the density of the second metallic material.
Le procédé comprend une étape de solidification dirigée 200 du deuxième matériau métallique. En particulier, la solidification dirigée permet de maîtriser la germination et la croissance des cristaux solides dans le métal en fusion du deuxième matériau métallique. Plus précisément encore, lors de l’étape de solidification dirigée, le deuxième matériau métallique peut adopter (de manière imposée) la structure du premier matériau métallique, ici la structure monocristalline, ou de façon alternative prendre une structure colonnaire ou équiaxe selon les paramètres de solidification et la composition du deuxième matériau métallique. De la sorte, le premier matériau métallique est un germe monocristallin. Cette étape est réalisée dans le deuxième moule carapace 6 et dans le four avec les premières portions installées en partie inférieure du deuxième moule carapace 6.The method comprises a step of directed solidification 200 of the second metallic material. In particular, directed solidification makes it possible to control the germination and growth of solid crystals in the molten metal of the second metallic material. Even more precisely, during the directed solidification step, the second metallic material can adopt (in an imposed manner) the structure of the first metallic material, here the monocrystalline structure, or alternatively take a columnar or equiaxed structure depending on the parameters of solidification and the composition of the second metallic material. In this way, the first metallic material is a monocrystalline seed. This step is carried out in the second shell mold 6 and in the oven with the first portions installed in the lower part of the second shell mold 6.
La
Des opérations standards de parachèvement de l’éprouvette sont réalisées pour récupérer les éprouvettes bi-matériaux.Standard specimen completion operations are carried out to recover the bi-material specimens.
Une fois les opérations de parachèvement de l’éprouvette bi-matériaux ont eu lieu, le procédé comprend une étape de traitement thermique 210 de la deuxième portion 3 dans un four. Ce dernier est le même utilisé pour le traitement thermique des premières portions 3, soit un four sous vide.Once the operations of completing the bi-material specimen have taken place, the process includes a heat treatment step 210 of the second portion 3 in an oven. The latter is the same used for the heat treatment of the first portions 3, i.e. a vacuum oven.
La température de ce traitement thermique est inférieure à la température de traitement thermique appliqué aux premières portions 2. En particulier, la température du traitement thermique 210 est la température de traitement du deuxième matériau métallique qui est plus léger que celui des premières portions 2. La température maximum de ce traitement thermique est inférieure aux températures de fusion et de traitement thermique du premier matériau métallique.The temperature of this heat treatment is lower than the heat treatment temperature applied to the first portions 2. In particular, the temperature of the heat treatment 210 is the treatment temperature of the second metallic material which is lighter than that of the first portions 2. maximum temperature of this heat treatment is lower than the melting and heat treatment temperatures of the first metallic material.
Le procédé de fabrication permet en une seule coulée du deuxième matériau métallique sur une première portion 2 d’un premier matériau métallique d’obtenir plusieurs éprouvettes bi-matériaux avec différentes zones de jonction 4. Il sera alors possible d’étudier les caractéristiques mécaniques et physicochimiques de ces différentes zones de jonction 4 afin de déterminer la longueur et la position adéquate des différentes portions. Suivant ce procédé de réalisation, chaque éprouvette bi-matériau avec sa zone de jonction spécifique et longueur de la première portion est réalisée au moins deux fois afin vérifier la répétabilité des essais.The manufacturing process allows, in a single casting of the second metallic material on a first portion 2 of a first metallic material, to obtain several bi-material test pieces with different junction zones 4. It will then be possible to study the mechanical characteristics and physicochemical measurements of these different junction zones 4 in order to determine the length and appropriate position of the different portions. Following this production process, each bi-material test piece with its specific junction zone and length of the first portion is carried out at least twice in order to check the repeatability of the tests.
Claims (11)
- réalisation (101) de plusieurs premières portions (2) de l’éprouvette (1) de longueurs différentes,
- mise en place (150) de chaque première portion (2) dans une cavité de moulage (7) correspondante d’un moule carapace (6) comprenant plusieurs telles cavités de moulage (7),
- préchauffage (170) du moule (6) pourvu des premières portions (2), dans un four (30) avec un gradient thermique selon l’axe des premières portions (2) de longueurs différentes,
- coulée (123) du deuxième matériau métallique (3) dans lesdites cavités de moulage (7) contenant respectivement lesdites premières portions (2) pour former les deuxièmes portions.Method for manufacturing several characterization specimens (1), each characterization specimen (1) comprising a first portion (2) made from a first metallic material and a second portion (3) made from a second metallic material, the first metallic material and the second metallic material having different chemical compositions or crystallographic structures, the process being characterized in that it comprises the following steps:
- production (101) of several first portions (2) of the test piece (1) of different lengths,
- placement (150) of each first portion (2) in a corresponding molding cavity (7) of a shell mold (6) comprising several such molding cavities (7),
- preheating (170) of the mold (6) provided with the first portions (2), in an oven (30) with a thermal gradient along the axis of the first portions (2) of different lengths,
- casting (123) of the second metallic material (3) in said molding cavities (7) respectively containing said first portions (2) to form the second portions.
et en ce que le diamètre
Où
and in that the diameter
Or
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