Application de la Compression Isostatique à Chaud pour la fabrication de moules et outils de forme complexe

Application of hot isostatic pressing to the manufacture of complex shaped moulds and tools

CEA/CEREM, CEA/Grenoble

Résumé

L’augmentation de la complexité, des dimensions, des cadences de fabrication des produits et la réduction des délais de mise en production sont autant de facteurs qui imposent des évolutions rapides aux moules et outils. La compression isostatique à chaud (CIC) apporte une solution adaptée à la fabrication de moules et outils complexes à hautes performances.

Une enceinte de CIC permet de traiter des composants à haute température et haute pression, typiquement 1000 °C, 1000 bars. Pendant le traitement, les matériaux préalablement enveloppés de façon étanche dans un conteneur, sont complètement densifiés et/ou soudés entre eux. On peut ainsi obtenir la densification d’une poudre et/ou l’assemblage de pièces entre elles à l’état solide.

De cette façon, on peut réaliser des composants multimatériaux et multifonction : pièces comportant des canaux de refroidissement de géométrie complexe obtenues par densification d’une poudre autour de tubes, pièces associant un matériau de structure (acier) à un matériau à forte conductivité thermique (alliage de cuivre) ou à un matériau résistant à l’usure ou à la corrosion (alliage de nickel).

Des applications industrielles existent d’ores et déjà pour la mise en forme des matériaux : vis et fourreaux d’extrusion, buses de lingotière... et pour des pièces mécaniques : dents de couronnes d’engrenages, sièges de soupapes...

Le contexte économique est très favorable au développement de ces procédés grâce à l’avènement d’enceintes de CIC de grande capacité permettant d’atteindre des coûts unitaires modérés.

Abstract

The increase in complexity, dimensions and production rate of parts as well as the reduction of production time govern rapid technical evolutions of moulds and tools. The hot isostatic pressing process (HIP) provides solutions adapted to the fabrication of complex and reliable moulds and tools.

In a HIP installation, parts are treated at high temperature and pressure (typically 1000 °C and 1000 bars). During HIP, materials previously tightly sealed in a canister are fully densified and/or welded together. Powder densification and/or solid state welding can be achieved.

Multi-material and multi-function components can be manufactured by this process: components equipped with complex cooling channels obtained by the densification of a powder material surrounding tubes; components made of a structural material (steel) and a high thermal conductivity material (copper alloy) or a wear / corrosion resistant one (nickel alloy).

Industrial applications already exist which are related to material forming: extrusion screws and sleeves, continuous casting nozzles... as well as related to mechanical parts: rotary actuator ring gears, valve seats...

The economic context is in favour of the development of these processes thanks to the operation of large HIP devices that offer moderate unit costs.