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RÉSUMÉ
La compression isostatique à chaud est une technique de densification de matériaux. Sont utilisées des enceintes souvent de grande taille (plus de 1 m3), conçues selon plusieurs variantes, qui fonctionnent sous forte pression de gaz neutre et peuvent atteindre des températures élevées. Elles permettent le traitement de pièces contenant des défauts résiduels, leur conférant ainsi des propriétés mécaniques améliorées (fonderie, métallurgie des poudres), mais également le frittage de poudres et l’assemblage par soudage diffusion, avec des matériaux et pour des applications très variées. Dans cet article, ces usages sont décrits et les mécanismes affectant la matière lors du traitement sont abordés.
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-
Emmanuel RIGAL : Ingénieur-chercheur - Liten, CEA-Grenoble, Grenoble, France
INTRODUCTION
La Compression Isostatique à Chaud (CIC ou HIP pour Hot Isostatic Pressing) est une technique de densification de matériaux présentant initialement des cavités. Elle fait appel à un chauffage et à une pression de gaz généralement neutre : sous les effets combinés de ces deux facteurs, les cavités sont éliminées. Les moyens pour générer, contenir et utiliser en toute sécurité ce milieu particulier de traitement de matériaux sont tout d'abord décrits, de même que les caractéristiques d’installations industrielles en termes de capacités, de mise en œuvre et de variantes. Puis, l’application de la CIC comme procédé de post-traitement de pièces présentant des défauts résiduels est présentée. Ce sont des pièces issues de la fonderie ou de la métallurgie des poudres, dont on améliore ainsi les propriétés mécaniques (ductilité, ténacité, résistance à la fatigue…) tout en réduisant la dispersion de ces propriétés. L’usage de la CIC en tant que technique de fabrication à part entière est détaillé ensuite. Dans ce cas, les matériaux sont introduits dans des enveloppes étanches et les cavités sont alors des pores (cas du frittage de poudres) et/ou des jeux (soudage par diffusion d’éléments). Les procédés de fabrication et les caractéristiques des poudres adaptées à la CIC sont donnés, de même que de nombreux exemples de réalisation.
On obtient par ces procédés des matériaux très homogènes et isotropes, à propriétés mécaniques excellentes, et des composants originaux, souvent complexes de par leur géométrie et/ou leur caractère multimatériaux. La CIC permet en outre pour certaines applications une économie de matière en supprimant ou réduisant les opérations d’usinage ou de soudage.
Nous nous intéressons pour finir aux mécanismes d’évolution de la matière en conditions de CIC : la densification bien sûr, mais aussi les évolutions physico-chimiques et microstructurales.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés, ainsi qu'un tableau de symboles.
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5. Glossaire
AFCEN ;
Association Française pour les règles de Conception, de construction et de surveillance en exploitation des matériels des Chaudières Electro Nucléaires
ASME ; American Society of Mechanical Engineers
Organisation américaine qui développe et édite des codes et normes, en particulier le code pour les bouilleurs et appareils à pression (boilers’s and pressure vessels code).
ASTM ; American Society for Testing of Materials
Organisation américaine qui développe et édite des normes, en particulier dans le domaine des composants, des matériaux et des mesures et essais afférents.
atomisation ; atomisation/atomization
Famille de procédés de fabrication de poudres de métaux et alliages basée sur la pulvérisation du métal liquide en gouttelettes. À l’exclusion du cas de l’atomisation à l’eau, celles-ci donnent des particules approximativement sphériques et denses, bien adaptées à un usage en CIC.
chimisorption ; chemisorption
Formation, sur un matériau exposé à un gaz, d’une couche de composés fortement liés : oxydes, hydroxydes, carbonates…
CIC (Compression Isostatique à Chaud) ; HIP (Hot Isostatic Pressing)
Procédé de traitement de matériaux sous haute température et haute pression de gaz, parfois appelée compaction isostatique à chaud.
conteneur (ou capsule) ; canister, capsule
Enveloppe contenant la poudre à densifier par MdP-CIC et/ou les éléments à souder par SD-CIC, généralement réalisée par chaudronnerie.
densité de remplissage ; filling density
Rapport de la masse de poudre introduite dans un conteneur à la masse théorique qu’accepterait ce concepteur en l’absence de pores et d’interstices. Elle est proche ou égale à la densité tassée si le remplissage est correctement effectué.
densité tassée ; tap density
Densité d’un lit de poudre après tassement, c’est-à-dire rapport de la masse volumique de ce lit de poudre à la masse volumique du matériau.
EIGA ( Electrode Induction Melting Gas Atomisation )
Procédé d’atomisation consistant à fondre, par chauffage inductif, une barre en rotation, provoquant ainsi la formation et l’éjection centrifuge de gouttelettes.
F4E...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRINDER (O.) - A history of PM technology. Euro PM2015. - Congress and Exhibition, Bâle, Suisse (16-19 septembre 2012).
-
(2) - COLMAN (P.), VERBRAEKEN (C.) - Design, manufacturing, operation and safety aspects of forged high pressure vessels for HIP units. - 11th International Conference on Hot Isostatic Pressing, Stockholm (9-13 juin 2014).
-
(3) - AHLFORS (M.) - The possibilities and advantages with heat treatment in HIP. - 11th International Conference on Hot Isostatic Pressing, Stockholm (9-13 juin 2014).
-
(4) - INTRODUCTION TO PM HIP TECHNOLOGY - A guide for Designers and Engineers. - European Powder Metallurgy Association (2013).
-
(5) - DONACHIE (M.J.) - Titanium : a technical guide, 2nd edition. - ASM international (2000).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
International Conference on Hot Isostatic Pressing : conférence internationale, tous les 3 ans (Stockholm 2014, Sydney 2017).
Euro PM congress and exhibition : conférence européenne annuelle sur la métallurgie des poudres avec, depuis 2012, une session sur la CIC.
World PM : conférence internationale sur la métallurgie des poudres, tous les 6 ans, avec des sessions sur la CIC (Florence 2010, Hambourg 2016).
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
EPSI (Engineered Pressure Systems International) : fabricant d’enceintes de CIC
QUINTUS technologies : fabricant d’enceintes de CIC
http://quintustechnologies.com/
BODYCOTE : services de CIC et traitements thermiques
KENNAMETAL :...
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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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