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1 - DESCRIPTION DU PROCÉDÉ

2 - PERFORMANCES DU PROCÉDÉ

3 - CONTRÔLES MÉTALLURGIQUES ET DIMENSIONNELS

  • 3.1 - Moyens de CND métallurgiques
  • 3.2 - Moyens de CND dimensionnels
  • 3.3 - Limites des moyens de CND. Plan d’Assurance Qualité
  • 3.4 - Évolution de l’usage des moyens de CND et maîtrise statistique des procédés

| Réf : M3580 v1

Contrôles métallurgiques et dimensionnels
Fonderie de précision à modèle perdu - Application aux super-alliages

Auteur(s) : Jean-Claude DORIATH, Serge PRIGENT

Date de publication : 10 sept. 2007

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RÉSUMÉ

Cet article traite des caractéristiques de la fonderie de précision à modèle perdu pour une de ses applications les plus modernes, celles des aubes de turboréacteurs. Ce type de fonderie s’applique bien aux matériaux métalliques à hautes caractéristiques mécaniques à chaud comme les alliages à base de nickel ou à base de cobalt, utilisés dans les turbomachines. De plus, la fonderie à modèle perdu permet d’obtenir des tolérances dimensionnelles réduites et des états de surface de haute qualité à des coûts de fabrication considérablement moindres que par toute autre technique d’usinage, classique ou non.

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ABSTRACT

This article discusses the characteristics of precision lost-wax casting for one of its most modern applications, turbojet blades. This type of casting is well suited to metallic materials having high-heat mechanical characteristics such as nickel-based and cobalt-based alloys, used in turbomachinery. In addition, the lost-wax casting model makes it possible to obtain reduced dimensional tolerances and high-quality surfaces at significantly lower manufacturing costs than by any other machining technique, traditional or not.

Auteur(s)

  • Jean-Claude DORIATH : Ingénieur de l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA – Lyon) - Fonderie SNECMA – Gennevilliers

  • Serge PRIGENT : Docteur de l’Institut National des Sciences Appliquées (INSA – Rennes) - GLOBAL R&D ALSTOM POWER HYDRO – Grenoble

INTRODUCTION

Ce dossier traite des caractéristiques de la fonderie de précision à modèle perdu (Investment Casting en langage anglo‐saxon) pour une de ses applications les plus modernes, celles des aubes de turboréacteurs. La description faite des procédés trouve ses limites dans la propriété industrielle des sociétés qui les ont développés et peut être complétée par la bibliographie (en fin de dossier).

On retrouvera ici les étapes bien connues de la fonderie à la cire perdue pratiquée depuis au moins le deuxième millénaire avant Jésus‐Christ en différents lieux de la planète et qui a permis le moulage de très nombreuses œuvres artistiques en bronze remarquables. Citons, entre autres, Donatello (1386-1466) qui le premier depuis l’antiquité coula en Europe une statue équestre.

Les progrès réalisés ces quarante dernières années dans la formulation des matériaux métalliques à hautes caractéristiques mécaniques à chaud ont conduit à la mise au point d’alliages à base de nickel ou à base de cobalt à durcissement structural et à leur emploi dans les composants les plus sollicités en température des turbomachines.

Le recours aux techniques de moulage de précision pour leur mise en forme est particulièrement justifié sinon imposé par les raisons suivantes :

  • ces alliages qui, par définition, sont peu déformables à chaud, ne sont ni forgeables ni facilement usinables ;

  • pour étendre la durée de vie des pièces soumises en fonctionnement aux plus hautes températures, le concepteur de celles‐ci inclut en leur sein un circuit de ventilation parcouru, en service, par un flux d’air destiné à les refroidir ; la technique du noyautage, partie intégrante de tout procédé de fonderie, permet la réalisation de ces pièces creuses ;

  • les formes aérodynamiques complexes de certains composants de turboréacteurs sont obtenues directement de fonderie avec des tolérances dimensionnelles réduites et des états de surface de haute qualité à des coûts de fabrication considérablement moindres que par toute autre technique d’usinage, classique ou non ;

  • la maîtrise des structures métallurgiques par le contrôle des modes de solidification du métal après la coulée et par les traitements thermiques associés permet d’optimiser les propriétés des matériaux en fonction des conditions de service ;

  • enfin, la mise en place de procédures d’Assurance Qualité associées aux performances des moyens de contrôle non destructif permet de garantir l’intégrité de la matière et son niveau de caractéristiques.

On pourra se reporter utilement aux articles Solidification Cristallisation et microstructures [M 58] et Solidification Macrostructures et qualité des produits [M 59] du présent traité.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m3580


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3. Contrôles métallurgiques et dimensionnels

L’application de la Fonderie de Précision au domaine des constructions aéronautiques, entre autres, n’a été rendue possible que par la mise en place de moyens de Contrôles Non Destructifs (CND) et de procédures d’Assurance Qualité éprouvés.

Les caractéristiques dimensionnelles et métallurgiques très précises imposées aux pièces de turboréacteurs (tolérances dimensionnelles réduites sur des formes aérodynamiques complexes obtenues directement de fonderie, absence de criques, de micro- retassures...), ainsi qu’une meilleure maîtrise du processus de fonderie, nécessitent de mettre en œuvre des méthodes d’investigation permettant d’apprécier, sans altération des pièces à contrôler, leur état de santé métallurgique et leur conformité géométrique ainsi que de formuler un avis sur leur aptitude ou non à remplir la fonction à laquelle elles sont destinées, en relation avec les critères initialement retenus pour leur définition.

3.1 Moyens de CND métallurgiques

Les techniques d’investigation métallurgique les plus courantes en fonderie peuvent être classées en deux familles principales, étroitement liées à la localisation de l’anomalie suspectée de la pièce en cours d’examen :

  • la première famille concerne les méthodes dites surfaciques : examen visuel, ressuage de haute sensibilité, macrographie, etc. ;

  • la seconde famille concerne les méthodes dites volumiques : radiographie, radiocristallographie, tomographie, etc.

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3.2 Moyens de CND dimensionnels

L’utilisation de moyens de conception et de fabrication assistés par ordinateur permet de sélectionner une gamme réduite de dimensions à contrôler sur chacune des pièces moulées (contrôle à 100 %), les moyens utilisés font appel aux techniques de mesure par ultrasons et par courants de Foucault ou aux centrales de mesure affectées à chaque type de pièce à contrôler.

En complément, l’utilisation de robots de mesure tridimensionnels spécialisés permet une caractérisation plus complète, sur prélèvements, destinée à...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Investment casting handbook  -  . Investment Casting Institute, Chicago (1968).

  • (2) - SIMS (C.T.), HAGEL (W.C.) -   The superalloys  -  . John Wiley and Sons (1972).

  • (3) - FLEMINGS (M.E.) -   Solidification processing  -  . Mc Graw Hill (1974).

  • (4) -   Superalloys metallurgy and manufacture  -  . 3e International symposium, Seven Springs Aime. – Clairtor’s Publishing Division (1976).

  • (5) - Mc LEAN (M.) -   Directionally solidified materials for high temperature service  -  . The Metal Society Londres (1983).

  • (6) - BENARD (J.), MICHEL (A.), PHILIBERT (J.), TALBOT (J.) -   Métallurgie générale  -  . Masson Paris (1984).

  • ...

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