<Desc/Clms Page number 1>
" Perfectionnements aux tôles électriques et méthode pour leur fabrication et leur essai ".
L'invention est relative à l'aoier dit électrique et à une méthode pour sa fabrication et son essai.
Le caractère désirable de l'acier de haute qualité sous la forme de tôles pour la fabrication d'appareils électri- ques est bien connu. L'aoier ordinaire à faible teneur en carbone a été considéré comme ayant des propriétés rnagnéti- ques initiales assez satisfaisantes, y compris une perméabi- lité raisonnablement élevée à une grande densité de flux ma- gnétique. Toutefois, la difficulté avec cette matière est qu'elle vieillit rapidement et que ses qualités subissent une détérioration marquée.
On a bien tenté , pour cette raison, d'empêcher le vieillissement de l'aoier à faible te- neur en carbone en y ajoutant des quantités de silicium con- sidérables, et l'acier électrique du commerce est aujourd'hui un alliage d'aoier et de silioium ayant une teneur en sili-
<Desc/Clms Page number 2>
oium variant de 0,5% à 5 %.
Dans la fabrication de l'aoier électrique actuel, on suit la pratique du laminoir à tôles ordinaire. Les tôles sant produites à partir de produits de gros train obtenus par laminage grossier de barres à tôles ou largets, les produits de gros train/étant finis par laminage En paquets. 6e prooédé, oomne on le sait, implique une manipulation considérable de la matière,ainsi que des réchauffages fréquents.
Dans la pratique actuelle de la fabrication de tôles électriques, les résultats obtenus sont plus ou moins hasard- deux. Il n'existe pas de méthode oonnue de contrôle des carac- téristiques de la matière avant qu'elle ait été finie. On ne oonnaît pas d'essai commode ou économique pour révéler les ré- sultats qu'il faut attendre du traitement d'un barreau plat ou larget dans la fabrication, suivant une méthode donnée, de façon à assurer que la méthode choisie donne un produit ayant des valeurs maximum pour les caractéristiques voulues.
Un produit déterminé d'avance ayant des caractéristiques magnétiques définies et exactes n'a pas été produit par des méthodes de la technique antérieure.
L'acier au silicium ordinaire actuel à teneur en sili- ci= modérée, par exemple 4 5%, a été produit avec une perméa- bilité maximum de 8000 à une densité de flux magnétique d'en- viron 6500 lignes par pouce anglais carré. Cette matière a été fabriquée avec une perte en watts garantie de 0,55 à 0,60 watts par livre anglaise à 10.000 lignes par pouoe carré et 60 cycles. Cet acier au silicium peut être oaractérisé par une grande ou par une petite dimension de grain, suivant le pro- oédé partioulier adopté par le fabricant.
On a pensé jusqu'ici que l'on ne+pouvait laminer des tô- les en acier au silicium de haute qualité pour des usages électrique, s à une épaisseur inférieure à environ 0,014 " sans accroître sensiblement la perte totale en watts par livre,par
<Desc/Clms Page number 3>
suite de la perte par hystérésis qui croît rapidement dans des tôles de cette minoeur.
En plus des tôles électriques en acier au silicium ordi- naire, on a développé certains alliages pour des usages spécial.
Ceux-ci sont habituellement des alliages à haute teneur en nickel et sont employés principalement dans les appareils né- oessitant une perméabilité élevée et de faibles pertes,comme, par exemple, dans le service des communications. Ces alliages sont trop coûteux pour permettre leur emploi général dans des appareils électriques ordinaires. Ils sont aussi caractérisés par une tendance à la saturation à de faibles densités de flux magnétique, ce qui milite en outre contre leur emploi pour l'équipement électrique de force motrice.
On a proposé, jusqu'à présent,de traiter de l'aoier au silicium par la ohaleur pour améliorer ses propriétés.Pour au- tant que l'on saahe, cette pratique a impliqué simplement le chauffage des tôles finies à une température oomprise entre 1650 et 2000 F ou plus. La théorie généralement aooeptée est que le recuit final contrôle les caractéristiques du produit résultant, sans égard au traitement mécanique ou au traitement thermique auquel la matière a été soumise préalablement. La pra- tique antérieure de traitement thermique de l'acier électrique a eu principalement pour effet de réduire les pertes mais n'a pas affeoté sensiblement les perméabilités que l'on peut obte- nir, en particulier¯,aux densités de flux magnétique plus éle- vées.
Dans un exemple spécifique d'un acier au silicium à 1% , on obtint une perméabilité maximum de 7500 à, 7500 lignes par pouce oarré.
On a déoouvert que l'aoier électrique le plus désirable au point de vue magnétique est caractérisé par certaines oarao- téristiques définies, tant physiques que magnétiques. Des investigations ont révélé qu'un bon acier électrique est extrê- mement duotile, possède des grains de petite dimension uniforme,
<Desc/Clms Page number 4>
et est caractérisé par un moment magnétique élevé.
La relation entre le moment magné tique et la perméabilité peut être aisément démontrée. Il est bien établi que l'intensitéd'aimantation I,. est égale au moment magnétique ,M, par unité de volume,v, ( " Magnetio Properties of Matter, " K. Honda, page 6, Syokwa- bo & C , Tokyo, Japon) .
On sait aussi que l'induction totale B dans toute substance magnétique est égale au produit de Intensité d'aimantation multipliée par 4 # plus la force aimantante ( Honda, page 5). Puisque la perméabilité est défi- nie comme étant le rapport entre l'induction et la force ai- mantante , il s'en suit 'que le moment magnétique M, qui est égal à Iv, a une influence directe sur la perméabilité, puis- que, plus le moment magnétique est grand, plus l'intensité d'aimantation I est grande et, plus l'intensité est grande,' plus l'induction B est grande, et, plus l'induction est gran- de, plus l'impennéabilité est grande, pour une force aiman- tante donnée.
Les équations montrant comment on arrive à la conclusion ci-dessus sont les suivantes :
EMI4.1
(1) Bu = i 4 ,7r (2) B = 4ter I + H
EMI4.2
Puisque B = 1/i1- eirem plaçant B par sa valeur donnée dans (2) on a :
EMI4.3
(3) r = 47TI + 1 , et puis que I = K H H (4) il s'en suit de (3) que. = 4 7Z K + 1.
Honda dem entre que M = IV ou I = M on a donc, en remplaçant I par saVvaleur dans (3):
EMI4.4
i5) 4 ' M +1 vH montrant que est directement proportionnel au moment magnétique .
<Desc/Clms Page number 5>
L'expérience conduit à oroire qu'il y a une relation évidente entre la dimension du grain et la ductilité d'un spéciment et ses propriétés magnétiques . Cette preuve mon- tre que des grains petits et uniformes et une duotilité élevée accompagnent habituellement une perméabilité élevée.
On sait que n'importe quel barreau de matière aimantée placé dans un champ magnétique possède un moment magnétique mesurable aisément ( Honda, page 6) . On a aussi reconnu en outre qu'un simple cristal de matière magnétique sous la forme d'un mince disque circulaire a un moment magnétique défini (Honda, page 150 - 151) . Toutefois, on a oru jus- qu'ioi que des spécimens similaires d'agrégats cristallins à grain fin, tels que de l'acier au silicium ou du fer pur, n'ont pratiquement pas de moment magnétique. On a aussi sup- posé que les résultats obtenus au cours d'essais pour mesurer le moment seront irréguliers et non indicatifs quantitative- ment d'une propriété magnétique quelconque.
La théorie admise était que la disposition des oristaux au hasard tend à empê- oher qu'un spécimen manifeste une polarisation au moment appréoiable quelconque . On a pensé que les effets des grains individuels s'annulent mutuellement de sorte que le moment magnétique net est très faible ou tout à fait-inappréciable.Il a été prouvé par expérience que de grands grains isolés d'acier au silioium ont une grande perméabilité et une fai- ble perte par hystérésis. Les propriétés magnétiques, telles que la facilité d'induction, varient suivant la direction dans laquelle le oristal est aimanté.
Les valeurs de la perméabilité et de la perte dans un cristal isolé sont entiè- rement au delà des limites de caractéristiques similaires de l'agrégat ordinaire de petits grains,tel que l'aoier au silioium moyen renoontré dans les tôles électriques actuelles.
Il serait , par conséquent, très désirable de produire des fêles électriques ayant des propriétés se rapprochant de celles d'un cristal isolé.
<Desc/Clms Page number 6>
La présente invention est relative, en partie, à une méthode de traitement de l'acier au silicium ordinaire des- tinée à lui conférer des caractéristiques magnétiques se rapprochant de celles d'un cristal isolé.,Des mesures quan- titatives sur le produit résultant de cette méthode indi- quent qu'il se rapproche très fortement des valeurs obte- nues en essayant des cristaux individuels pour les oaraoté- ristiques magnétiques, en particulier le moment magnéti- que et la perméabilité qui, pour des inductions plus éle- vées, sont augmentées jusqu'à devenir de deux à huit fois celles de l'acier au silicium actuel.
Bref, la méthode suivant l'invention oomprend l'opération consistant à sou- mettre un barreau plat d'acier au silicium laminé à chaud à un travail à froid et à un traitement thermique alter- nants pour produire de l'acier mince ayant des caractéris- tiques magnétiques se rapprochant de celles d'un cristal isolé.
Bien que la description de l'invention qui suit se rapporte, en particulier au traitement de barreaux plats, il doit naturellement être entendu que la marne méthode peut être appliquée à des matériaux sons forme de tôle, avec les mêmes résultats.
L'invention envisage également la détermination du processus de fabrication préféré qui assurera un produit à caractéristiques optimum, en soumettant des spécimens de la matière brute à divers procédés établis,déterminés au préalable, en essayant les produits résultants et en comparant les caractéristiques des divers spécimens pour dé- terminer lequel possède un moment magnétique maximum. Le trai- tement de la masse principale de matière brute serà alors régit par ces essais.
Ceci procure un contrôle exact des produits, à pratique-
<Desc/Clms Page number 7>
ment tous les stades de la fabrioation et supprime les métho- des " au petit bonheur" qui ont jusqu'ici caractérisé la fabri- oation de l'acier électrique.
La mesure des moments magnétiques des divers spéoimens est faite à l'aide d'un dynamomètre à torsion magnétique.
Ce dispositif permet la détermination rapide et correcte des caractéristiques (moment magnétique et perméabilité) d'un spécimen de la matière. Par son emploi, il est possible de vérifier les caractéristiques de la matière, après des stades suooessifs de traitement et d'assurer, de cette manière,que
EMI7.1
les étapes suqoessivessoient contrôlées de façon àoduîre les oaraotéristi ques désirées dans le produit fini.
La détermination de la pennéabilité de l'acier au sili- oium par les moyens indiqués ci-dessus, et dans le procédé, est inoonnue dans la technique antérieure.
On a également trouvé que le produit de la méthode selon l'invention peut être fabriqué à des épaisseurs moindres que 0,014 " sans augmentation appréciable de la perte totale en watts par livre anglaise, oontrairement aux opinions mainte- nues jusqu'à présent par les autorités en matière d'acier élec- tri que.
Pour la compréhension de l'invention, référence est faite aux dessins annexés qui illustrent sohématiquement la manière d'exécution de la méthode et qui montrent graphiquement les caractéristiques du produit.
Dans les dessins :
Les figures 1, la, 1b, la, 1d, le constituent une illus- tration schématique des opérations impliquées dans une forme d'exécution préférée de la méthode selon l'invention;
La figure 2 est une représentation graphique des caracté- ristiques magnétiques du,produit résultant de la méthode par rapport à celles de produits similaires actuellement disponi- bl es.
La figure 3 comprend une série de courbes qui représen-
<Desc/Clms Page number 8>
tent graphiquement les moments magnétiques qui caractérisent le produit final de l'invention, un oristal isolé et un pro- duit intermédiaire du procédé ou acier électrique actuel.
La figure 4 est une reproduction d'un dessin de diffrao- tion de rayons X caractéristique du produit fini.
La figure 5 est une vue montrant la structure des grains du produit.
La figure 6 est une vue partiellement en coupe et partiel- lement en élévation montrant un dynamomètre à torsion qui est utilisé pour l'essai de spécimens de la matière pendant les divers stades du traitement et les f igures 7 à :sE 10 sont des illustrations schématiques montrant l'effet du champ magnétique du dynamomètre à torsion sur les spécimens soumis à l'essai.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention (repré- sentée sohématiquement aux figures 1 à le) qui a donné de bons résultats, on utilise du barreau plat d'acier au silioium,la miné à chaud, de n'importe quel oalibre commercial, de préfé- renoe d'une épaisseur oomprise entre 0,065 " et 0,100" ,et on le soumet à un travail à, fmid et à un traitement thermique alternants, de manière telle que le moment magnétique du barreau laminé à froid, avant le traitement thermique final, ait une valeur relativement petite.
Des recherches montrent que si de l'acier au silicium a été convenablement traité suivant la présente invention, il présente un moment magnétique très bas, après le laminage à froid final.
Toutefois, après le traitement thermique final,une telle matière présente un moment magnétique de valeur très élevée.
Alors qu'un moment magnétique bas, après le laminage à froid final et avant le tmitement thermique final, n'est pas toujours la preuve concluante que la matière possède les caractéristiques désirées, si la matière a été convenablement traitée, le traitement thermique final aura toujours pour ré-
<Desc/Clms Page number 9>
sultat un grand accroissement du moment magnétique, oe qui indique une haute perméabilité à de hautes densités de flux.
La gamme des calibres indiquée ci-dessus a été choisie pour la facilité mais la valeur du calibre est sans importanoe pour l'invention.
Pour obtenir les meilleurs résultats, on préfère utiliser du barreau plat laminé à chaud qui a été achevé à une tempé- rature relativement basse, par exemple entre 1200 et 1300 F, et qui a une teneur en silioium d'environ 3,6 % ou en-dessous.
La méthode peut également être appliquée à des aciers à plus haute teneur en silicium avec obtention de résultats considérablement améliorés par rapport aux aciers au sili- oium actuels. La répartition du travail à froid et du traite- ment thermique doit toutefois être modifiée pour des pouroen- tages différents de silicium et d'après le type et les carac- téristiques du barreau plat laminé à chaud, que l'on utilise en partioulier.
La répartition du travail à froid et du traitement ther- mique est une caractéristique essentielle de l'invention.
Le moment magnétique maximum est obtenu d'une manière prédé- terminée par une telle répartition convenable.
Ceci se distingue également d'un simple contrôle de tra- vail à froid étant donné que la présente invention exige un traitement thermique intermédiaire entre au moins deux opéra- tions de travail à froid, une corrélation existant entre les dites opérations et le dit traitement thermique pour fournir un produit déterminé à caractéristiques prédéterminées,lequel produit est caractérisé par un moment magnétique élevé appro- ohant de celui d'un cristal isolé.et les grains de la matière sont sensiblement orientés au hasard, à traversltoute la struc - ture, comme le montre un dessin au rayon X lorsque celui-ci est effectué perpendiculairement à la surfaoe de la matière.
Pour assurer l'uniformité des résultats dans le produit
<Desc/Clms Page number 10>
fini, on soumet de préférence le barreau plat laminé à ohaud, à un traitement thermique initial.
On a trouvé que cette opération est d'une haute importan- oe au point de vue commercial étant donné qu'elle oontribue d'une manière marquée à assurer l'uniformité du produit fini.
Les usagers d'aaiers électriques ne s'intéressent pas aux caractéristiques d'aspect de petites portions de la matière mais sont intéressés par l'uniformité des caractéristiques sur laquelle on peut se baser,aveo confiance,pour établir des calculs.
Ce traitement oontribue également à donner de plus hautes perméabilités aux hautes densités de flux et de plus basses pertes par hystérésis à de telles densités.
Pour obtenir les meilleurs résultats, le traitement est effectué dans un four continu du type à brin (en anglais: " stand-type " ). Le barreau plat, sous forme de brin, est tiré au travers du four à une vitesse lui permettant d'attein- dre une température oomprise entre, environ, 1450-1700 F, de manière que la re-cristallisation complète soit révélée par les diagrammes aux rayons X.
La température exacte de la première opération de chauffage dépend de la teneur en silicium du barreau plat chaud, de la température à laquelle le barreau plat ohaud a été achevé pendant le laminage à chaud et du calibre du barreau plat chaud.
Une atmosphère réduotrioe est maintenue dans le four pour supprimer la nécessité du déoapage .
Après que le barreau plat a atteint la reoristallisation désirée, on le refroidit rapidement dans une atmosphère non- oxydante pour éviter la fonnation d'une croûte. Ce refroidis- sement rapide est désirable pour la faoilité et la vitesse de production plutôt que pour l'obtention d'un effet quelcon- que dans la matière . On ne modifierait pas le résultat par
<Desc/Clms Page number 11>
une vitesse de refroidissement moindre.
Après le traitement thermique initial, la barreau plat est soumis au laminage à froid pour réduire son épaisseur dans une mesure qui dépend du calibre, analyse et température de finissage du barreau plat chaude et du oalibre à l'état achevé que l'on désire obtenir dans le produit final, et)elle peut varier entre 0,025 " et 0,040 " .
Habituellement du barreau plat d'environ 0,075 " d'épais- seur sera réduit au oours du premier laminage à froid, à en- viron 0,035 " si l'épaisseur finale désirée est de 0,014 ".
A titre dé nouvel exemple, si le oalibre final désiré est de 0,012 " ,le barreau plat chaud de 0,075 " est, au début, laminé à froid à envircn 0,029 " pour l'obtention des meilleur résultats. Comme spécifié antérieurement,la répartition du travail à froid, entre les opérations successives de traite- ment thermique, est d'une importance considérable. Les varia- tions dans une telle répartition apparaîtront au cours de l'examen d'exemples typiques de procédés, qui sont donnés oi- après.
La laminage à froid du barreau plat peut être convena- blement effectué dans un train à quatre cylindres, utilisant des petits cylindres de travail.
Pour la facilité et pour l'économie de fabrication, on utilise de grandes bobines pesant jusqu'à 3 tonnes et plus.
Après le laminage à fmid initial, les diagrammes aux rayons X montrent que la matière est caractérisée par seule- ment une légère orientation préférée et par une complète frag- mentation des grains dans le plan du laminage.
Après le laminage à fm id initial, le barreau plat est soumis à un nouveau traitement thermique. Ce traitement est également effectué dans un four oontinu du type à brin et dans une atmosphère réductrice, le barreau plat étant tiré au tra- vers du four à une vitesse telle qu'il est chauffé à une
<Desc/Clms Page number 12>
température comprise entre 1500 et 1850 F, pendant une durée suffisante pour produire la reoristallisation, oe qui, comme précédemment, varie d'après la teneur en silicium, les autres caractéristiques du barreau plat mentionnées ci-dessus et le calibre auquel le laminage à froid initial est arrêté.
Après que le barreau plat a atteint la température conve- nable, il émerge du four et est rapidement refroidi dans une atmosphère non--oxydante.
Le diagramme aux rayons X de la matière intermédiaire soumise au traitement thermique, montre toujours que l'on a obtenu une diminution de la distorsion des grains, une distribution de grain quasi au hasard et une oomplète reoris- tallisation.
L'opération suivante dans la méthode faisant l'objet de l'invention est un nouveau laminage à froid du barreau plat.
EMI12.1
1..U(.U;/7 Cette fois, le barreau plat est-Iiiu--oali7Dre final désiré et prédéterminé. Ce seoond laminage à froid est également effeo- tué de préférence dans un train à quatre oylindres aveo des petits cylindres de travail.
Après avoir reçu le laminage final, le barreau plat est caractérisé par un moment magnétique relativement bas, un oali- bre uniforme et l'absence de oreux ou oroûte et par les oarao- téristiques qui d'une manière générale sont les mêmes que celles énonoées ci-dessus ;pour la matière soumise au laminage à froid initial. Le barreau plat qui a été laminé au oalibre final est alors soumis à un dernier traitement thermique dmt la méthode d'application peut être variée d'un oertain nombre de manières.
Suivant une méthode préférée, le barreau plat est recuit d'une manière oontinue à une température comprise entre envi r m 1600 et 2000 F. et est rapidement refroidi à l'air. La tem- pérature exacte varie aveo la teneur en silicium . Lorsque cela est désirable,la matière peut être oisaillée en tôles,ohauffée à une température telle qu'indiquée oi-dessus, dans une atmos-
<Desc/Clms Page number 13>
phère réductrice et refroidie rapidement dans des conditions non-oxydantes ou bien le barreau plat laminé à froid peut être estampé en pièces de la forme voulue pour des buts électri- ques et menée à travers un four ayant une atmosphère non-oxy- dante ou légèrement oxydante, à la température voulue.
La température est choisie en considérant la grandeur du moment magnétique qui peut être développée dans la matière$ en traitement, à diverses températures, came indiqué pardes essais effectués sur des spécimens dans le dynamomètre à tor- sion, ainsi que cela sera expliqué plus en détail ci-après.
Si le moment magnétique maximum est atteint à 1850 , oela constitue évidemment la valeur convenable, mais si le moment maximum est atteint à 2000 , alors, naturellement, les températures inférieures ne suffiraient pas pour l'obtention des meilleurs résultats.
Après le chauffage final, la matière est recuite en fourni soit sous forme de tôles ou après poinçonnage , cisaillement ou estampage pour lui oonférer les caractéristiques désirées de non-vieillissement et pour réduire la perte en watts.
La température préférée est comprise entre 1200 et 1450 .
Des essais du produit du procédé décrit ci-dessus montre qu'il est caractérisé par un moment magnétique élevé. Cela signifie que la matière à une courbe d'aimantation à coude éle- vé indiquant des perméabilités élevées à de hautes densités de flux, à savoir de deux à huit fois celles des tôles laminées à chaud actuelles.
La figure 2 représente respectivement en A et B des oour- bes typiques d'aimantation et de perméabilité pour la matière produite par cette méthode.
Il faut remarquer que le coude de la courbe d'aimantation correspond à une densité de flux d'environ 16.000 lignes par cm2. La perméabilité maximum se présente à environ 7,500 li- gnes par cm2 et est d'environ 14.000 en ce point. Des courbes
<Desc/Clms Page number 14>
caractéristiques similaires, d'un exemple typique du meil- leur acier électrique provenant de procédés actuels sont également représentées à. la figure 2 , les courbes d'ai- mantation et de perméabilité étant représentées en C et en D. La supériorité du produit de la présente Méthode, toutes les densités de flux, résulte immédiatement de la comparaison des courbes.
Les courbes E et F sont des courbes d'aimantation et de perméabilité pour un nouvel exemple du produit de la méthode suivant l'invention.
Ces courbes, indiquent une perméabilité maximum d'en- viron 19.000 à une densité de flux de 7500 lignes. Cette matière présente une perte totale en watts de 0,472 watts par livre anglaise à une densité de flux de 10.000 lignes et à une fréquence de 60 cycles. Le moment magnétique ne parait pas être modifié matériellement par des traitement' thermiques supplémentaires,outre ce qui a été décrit,mais on a trouvé, par des expériences, que la perte totale en watt est ainsi réduite.
De tels traitements peuvent ou non réduire la per- méabilité maximum, mais dans chaque cas, le coude de la courbe est légèrement relevé, ce qui signifie que les per- méabilités aux hautes densités¯de flux sont augmentées.
La perte en watts réduite et la perméabilité augmentée aux hautes densités de flux semblent être des phénomènes al- lant de pair.
Le tableau suivant indique numériquement les caractéristiques du produit de la présente méthode- comparées à celles de l'acier électrique actuel.
<Desc/Clms Page number 15>
Camparaison des perméabilités , à différentes densités de flux, de l'acier au silicium. (3%) fabriqué d'après la méthode suivant l'invention et de 1 acier au silioium (4,25 %) moyen, de la meilleure qualité, fabriqué d'après la manière ordinaire.
-------------------
EMI15.1
<tb> Densité <SEP> de <SEP> flux <SEP> Augmentation <SEP> en <SEP> pouroent <SEP> de
<tb>
<tb> la <SEP> perméabilité <SEP> que <SEP> présente
<tb>
<tb>
<tb> ( <SEP> Gauss <SEP> ) <SEP> le <SEP> produit <SEP> de <SEP> la <SEP> méthode <SEP> dé-
<tb>
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> orite <SEP> dans <SEP> le <SEP> présent <SEP> brevet.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
2,000 <SEP> 14.37 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4,000 <SEP> 30. <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6,000 <SEP> 47,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8,000 <SEP> 68.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10,000 <SEP> 105
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12,000 <SEP> 221
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 14,000 <SEP> 800
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 16,000 <SEP> 514
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 18,000 <SEP> 200
<tb>
La teneur en silicium des spécimens dont les oaraotéris- tiques sont représentées par les courbes A, C et E est de
3,5 %, 1% et 3,4 % respectivement,
La supériorité,du produit de la présente invention serait encore plus apparente en partioulier aux hautes densi- tés de flux, si tous les spécimens avaient la même teneur en silicium.
Le fait que l'invention confère à de l'acier à teneur relativement basse en silicium, des caractéristiques égales ou supérieures à celles qui caractérisent de l'acier à haute teneur en silioium, oonstitue un avantage important étant dozobé qu'il est bien connu que le travail du métal est d'au- tant plus aisé que la teneur en silicium est basse, en parti- oulier en ce qui oonoeme la fusion. Le coût du produit est réduit proportionnellement.
<Desc/Clms Page number 16>
Des essais effectués sur des transformateurs du type com- mercial, possédant desmyaux fabriqués à partir d'acier pro- duit conformément à l'invention, donnent des résultats très significatifs.
Ces transformateurs ont été mis en service à une densité de flux d'environ 12.000 lignes par cm2 et ont montré une per- te moyenne en watts d'environ 49, 6 watts. Le courant d'excita- tion moyen était de 2,34 ampères.
Un transformateur similaire possédant un noyau fabriqué à l'aide de l'acier électrique commercial de meilleure quali'- té a montré une perte moyenne en watts de 51,2 watts à une densité de flux de 12.000 lignes par om2 et à un courant d'ex- citation moyen de 4.05 ampères. L'énorme perfectionnement en matière de construction de transformateur rendu possible par la présente invention apparaît en oonsidérant le fait qu'étant donné que l'on peut obtenir la même intensité de flux avec un courant d'excitation plus bas, il est possible de réduire matériellement la quantité de fer dans les noyaux de transfor- mateurs si le oourant d'excitation ast maintenu aux valeurs qui sont nécessaires avec l'aoier actuel.
La réduction de la quantité de fer nécessaire a évidem- ment pour résultat une réduction correspondante de la perte totale du transformateur étant donné qu'il y a moins de livres de. fer en jeu.
La plus petite section de noyau permise de ce fait, ré- duit la quantité de ouivre nécessaire pour un nombre d'am- père-tours donné et ceci réducit encore la perte totale.
La figure 3 illustre, par la courbe G, les valeurs du moment magnétique obtenu aveo un spécimen ayant un oalibm d'en- viron 0,014 ", qui était essentiellement un cristal isolé d'acier au silicium, comme le montre des dessins et gravures de diffraction au rayons X.
La courbe H montre les valeurs obtenues aveo un agrégat
<Desc/Clms Page number 17>
d'acier au silioium à grains fins fabriqué suivant l'in- vention. La similitude est évidente. Ces caractéristiques on% été obtenues par une répartition convenable de traite- ments thermiques et laminages à froid comme cela a déjà été décrit.
La courbe de perméabilité de cet échantillon particu- lier est représentée en F, à la figure 2 et a été détermi- née par des mesures effectuées à l'aide d'un perméamètre de Fahy.
Les ordonnées à la figure 3 sont simplement arbitrai- res et montrent la grandeur de l'angle de déviation entre la perpendioulaire à la direction de laminage dans un spé- oimen en forme de disque et l'axe d'un champ d'aimantation excité jusqu'à saturation, pour diverses positions angu- laires du champ par rapport à la position normale prise par la ligne indiquant la direotion du laminage lorsque le spé- oimen est librement suspendu, en l'absence du champ.
La courbe J est une courbe typique de dynamomètre à torsion qui montre les moments d'un échantillon à l'é- tat laminé à fm id, partiellement achevé, avant le traite- ment thermique final. Cette courbe est à peu près le type de courbe fournit par l'aoier au silicium actuel.
Il faut noter que lorsque le traitement thermique a été donné, le moment magnétique de l'agrégat est augmenté jusqu' aux valeurs de la courbe H. Un moment de valeur basse avant
EMI17.1
ffuJtraitement themiqueflixignifie toutefois pas toujours qu'un moment élevé sera trouvé après le traitement thermi- que. On a trouvé qu'en général, lorsque le barreau plat laniné à chaud est laminé à froid, d'une manière oontinue, jusqu'aux calibres du produit fini, le moment magnétique résultant d'une telle matière est relativement élevé, avant de reoevoir le traitement thermique final.
Après traitement thermique,le moment magnétique de la matière laminée à froid
<Desc/Clms Page number 18>
déoroît, oe qui signifie que les perméabilités aux hautes densi, tés de flux et le coude de la. courbe d'aimantation sont abais- sés de manière appréciable.
Par conséquent, en répartissant convenablement le traite- ment thermique et le travail à froid. en produit une matière ayant des pertes réduites, un moment élevé et des perméa- bilités se rapprochant de celle d'un cristal isolé.
L'appareil utilisé pour l'essai au point de vue moment magnétique est représenté à la figure 6 et est essentiellement le même ..que celui utilisé par Weiss et d'autres pour l'étude de cristaux magnétiques isolés.
L'appareil comprend une pièce de base 10 supportée sur des vis de réglage 11. Un rebord 12 s'étend vers le haut à partir de la base et est gradué en degrés. Un pilier ou arbre oentral 13 est vissé dans la pièce de base 10. Une table 14 est montée de manière à pouvoir tourner autour de l'arbre 13 et est sup- portée sur des roulements anti-friation 14a. La table 14 est en matière magnétique tandis que la base 10 est en matière non-magnétique.
Des noyaux 15 sont fixés, dans des positions diamétrale- ment opposées, sur la table 14 et sont-munis de pièces polai- res 16. Des enroulements d'aimentation 17 sont enroulés autour des noyaux 15 et sont reliés à n'importe quelle source de oou- rant, de préférence au moyen de bagues collectrices (non repré- sentées) montées sur le pilier 13.
Un cadre de suspension est ocmposé des oolonnes 18 fixées à la base 10 et d'une barre de liaison-en ouivre 19 fixée aux extrémités supérieures des oolonnes. Une vis de suspension est vissée au travers de la barre 19.
Un support à spécimen 21 est attaohé à un fil de suspen- sion en bronze 22 au moyen d'une lanière 23. Un miroir 23 est monté sur la lanière 23. Le spécimen est désigné dans le sup- port par le ohiffre de référence 25. Des palettes amortisseuses
<Desc/Clms Page number 19>
26 sônt fixées au support 21 et trempent dans un liquide visqueux se trouvant dans un godet 27, située sur le pilier 13.
Pour l'essai au point de vue moment magnétique on utili- se de la manière suivante, l'appareil qui vient d'être dé- crit :
Le spécimen 25 en forme de disque mince, circulaire, est fixé' au support au moyen de gomme laque, La position "zéro" de la suspension est déterminée en regardant dans le miroir 24. et au travers d'un télescope, l'image d'une .échelle qui y est convenablement attachée comme dans la boussole des tangentes habituelle . Les enroulements d'ai- mantation sont alors excités et on observe les déviations, sur une échelle arbitraire graduée en millimètres, pour divers angles entre l'axe du ohamp.magnétique et la direo- tion de laminage du disque lorsqu'il est librement suspen- du.
Lorsque la direction de laminage est perpendiculaire au ohamp d'aimantation.H, comme représenté figure 7, la dé- viation est nulle. Etant donné que l'aimant tourne dans les deux directions à partir de cette position, le spécimen a tendanoe à suivre le champ d'aimantation H.
Plus l'induction est forte ou plus l'aimantation est aisée-dans le spécimen à l'essai et plus la déviation maxi- mum sera forte, comme représenté dans la courbe de torsion de la figure 3.
Pour la détermination rapide des caractéristiques ma- gnétiques et électriques d'aoier au silicium ou d'alliages magnétiques, on enregistre seulement les déviations maximum ainsi que les déviations obtenues lorsque le champ magnéti- que est dirigé suivant la direction du laminage.
Pour une telle position il ne devrait-pas y avoir de déviation et s'il y en a une o'est que le produit est de qualité inférieure.
<Desc/Clms Page number 20>
Le susdit appareil permet de contrôler rapidement et . correctement les propriétés magnétiquesde n'importe quel spé- oimen particulier et permet également de déterminer à l'avance les stades convenables du processus, pour une espèoe de ma- tière donnée, en vue de produire les qualités magnétiques op- timun.
L'origine des courbes représentées à la figure 3 peut être mieux comprise par un examen des figures 7 à 10 qui sont des vues partielles,schématiques, illustrant les effets de la rotation du champ magnétique sur la position du spécimen en forme de disque oiroulaire.
La perpendiculaire à la direction de laminage est indi- quée par une flèohe à deux pointes 30 d'une longueur moindre que le diamètre du disque. A la figure 7, la flèohe 30 ooinoi- de avec l'axe du champ magnétique s'étendant entre les pôles 16. On n'observe aucune déviation du disque. Toutefois en fai- sant tourner le champ dans l'une ou l'autre direction,le spé- oimen est immédiatement dévié.
Comme représenté par la figure 3, la déviation augmente régulièrement au fur et à mesure que l'angle entre l'axe du champ et la flèohe 30 augmente jusqu'à 25 . Une continuation du mouvement du champ magnétique, dans la même direotion a pour résultat une ohute brusque de la déviation et la courbe tra- verse l'axe à environ 38 . On arrive de ce fait à la conclusion qu'outre la ligne à angle droit par rapport à la dire'- ' ' tionde laminage, il existe une deuxième voie d'induction ai- sée, parallèle à la direction de laminage.
Etant donné que l'induotion dans la direction de'lamina- ge parait même être plus grande que dans la ligne à angle droit à cette direotion, on l'a désignée par une seconde flè- che à deux pointes 31 d'une longueur pratiquement égale au diamètre du disque.
A un angle d'environ 38 , les efforts exercés sur le dis- que 25 dans des directions opposées, sousel'effet des champs
<Desc/Clms Page number 21>
magnétiques agissant au travers des voies 30 et 31, sont sensi- blement égaux.
Une continuation du mouvement de rotation du champ a pour effet que la déviation atteint une valeur négative, même plus grande que le maximum positif initial. Le maximum négatif est atteint à environ 55 .
La figure 8 représente la position que prend le disque 25 avec le champ à 45 par rapport à sa position originelle.Les. positions prises par les flèches 30 et 31 après excitation du ohamp sont représentées en lignes pointillées,les flèohes en-traits pleins indiquant la position librement suspendue qui oorrespond à la position zéro représentée à la figure 7.
Après avoir passé le maximum négatif initial, la dévia- tion du disque spécimen décroît et tombe de nouveau à zéro lorsque le champ est parallèle ,à la direotion de laminage.
Cet état de ohoses est représenté figure'9. Une oontinua- tion du mouvement du champ provoque un deuxième renversement de la déveation qui s'élève jusqu'à un deuxième maximum positif à environ 1250 . Cet état de ohoses est représenté pratiquement à la figure 10.
-Après passage du deuxième maximum positif, la déviation retombe à zéro lorsque sont égaux les efforts dans des direc- tions opposées,résultant de l'effet du champ sur les deux voies perpendiculaires d'induction la plus aisée.
L'aooomplissement du oyole de 180 reproduit la partie initiale de la courbe, mais en direotion opposée.
On a trouvé en soumettant à l'essai, un grand nombre de spécimens de matières produites par la méthode décrite dans le présent brevet que leurs courbes de torsion, telles que oelles représentées à la figure 3, traversent l'axe en des points pratiquement correspondants. Ceci indique un haut de- gré d'uniformité du produit. Des tôles électriques fabriquées par d'autres méthodes présentent une gamme de points de tra-
<Desc/Clms Page number 22>
versée qui varient dans de larges limites, ce qui indique clairement un manque d'uniformité de la matière qui diminue les qualités magnétiques.
Il est également important que l'effort sur le spécimen soit pratiquement nul l'orsque le champ magnétique .se trouve dans la direction du laminage et à angle droit par rapport à oette direction. Ceci indique que la voie d'induction la plus aisée se trouve directement dans la direction de laminage.
Si la courbe de torsion traverse l'axe'en un point matériellement distant de la position zéro " , la voie d'induction la plus aisée tonne un angle appréciable avec la direction du laminage et par conséquent cela indique une 1 diminution des qualités électriques du produit,même s'il présente un moment élevé.
La perméabilité est abaissée d'une manière appréciable par cet état de choses et la courbe du dynamomètre est très. égulièr irrégulière.
Il est évidemment de grande 'importance de déterminer à l'avance les températures exactes auxquelles il faut soumettre un lot de barreaux plats après les. diverses opération; de laminage à froid pour produire les valeurs maximum des, laminage froid pour produire les valeurs maximum >propriétés magnétiques que l'on désire obtenir. propriétés magnétiques que l'on désire obtenir.
D'excellents résultats peuvent être obtenus en prélevant des échantillons de chaque lot de matière, en les soumet tant à des températures différentes après le laminage à froid et en soumettant le produit fini à 1.essai de détermination. du moment magnétique. Les résultats de ces essais indiqueront olairement le traitement convenable pour le lot partioulier en cours de traitement. ' En se référant à la figure 4, qui représente le dessin de diffraction aux rayons X de la matière produite par le présent procédé, on remarquera que ce dessin indique que les grains sont pratiquement exempt de distorsion, qu'ils sont de
<Desc/Clms Page number 23>
grandeur uniforme et qu'ils sont distribués au hasard.
Ces conclusions déooulent de la disposition symétrique des points sur le dessin et de l'absence de lignes radiales suivant des normes établies pour l'interprétation de dessins de diffraction .
Le dessin reproduit à la figure 4 résulte de la pro- jection d'un faisoeau de rayon X à angle droit au plan de la matière.
Des radiagraphies similaires de tôles électriques lami- nées à ohaud, telles que produites par des méthodes antérieu- res, montrent une distorsion des grains et un manque d'unifor- mité en grandeur et répartition. De plus, dans certains cas, un manque total de reoristallisation est mis en évidence.
La figure 5 représente à une éohelle agrandie, (agrandis- sement d'environ 10) l'aspect d'une pièce de matière attaquée, fabriquée suivant la présente invention. On remarquera que les grains sont remarquablement d'uniforme grandeur et sont dis- tribués au hasard. La vraie grandeur des grains est 1,5 mm ou moins.
Bien que la méthode préférée d'exécution de l'invention ait. été décrite, diverses modifications peuvent y être appor- tées. En ce faisant, toutefois, il faut se garder de certaines opérations. Si par exemple, le barreau plat laminé à chaud,est laminé à froid d'une manière continue jusqu'au calibre final, on. trouvera qu'il, possède un moment magnétique élevé. Toute- fois comme spécifié plus haut, cette matière n'est pas utile pour des buts électriques par suite de ses pertes excessives.
Sila matière est alors soumise à un traitement thermi- que à haute température, le moment magnétique sera bas et non uniforme. Les qualités magnétiques du produit seront seulement de l'ordre de celles de l'acier au silicium actuel.
Si le barreau plat laminé à chaud est d'abord soumis à un
EMI23.1
traitement thé uni que et ensuite laminéa. froid jusqu'au oali-
<Desc/Clms Page number 24>
bre final, le moment magnétique sera plus bas que lorsque le laminage à froid est exécuté sans le traitement thermi- que. Si la matière est soumise à un traitement thermique, laminée à froid jusqu'au calibre final et à nouveau soumise à un traitement thermique, les résultats sont meilleurs que ceux obtenus en omettant le traitement thermique final.
Evidemment, dans la forme d'exécution préférée de l'in- vent ion, le barreau plat laminé à ohaud est soumis à 'un ¯' ¯ traitement thermique initial, laminé à froid jusqu'à un calibre intermédiaire, soumis à nouveau à un traitement ther- mique, laminé à froid jusqu'au calibre final et finalement soumis à un traitement thermique.
Les stades de traitements thermiques et de 'laminages du début one pour résultat un produit possédant un moment très bas, mais lorsqu'il est soumis au traitement thermi- que final le moment est augmenté jusqu'à des valeurs bien au delà de celles de la gamme des aciers au silicium ordinaires.
De plus, on a remarqué que pour des matières à haute teneur en silicium, les déviations maximum, telles que déterminées par le dynamomètre ,sont plus basses que dans le cas de matières à basses teneurs en silicium, ce qui signifie que, en général, pour les matières basses teneurs en silicium, la perméabilité sera plus grande que celle d'une matière à haute teneur en sili- cium, surtout à la saturation.
Comme exemples de légères modifications du procédé décrit spécifiquement ci-dessus sous forme d'une méthode préférée, on désire citer ce qui suit :
<Desc/Clms Page number 25>
EMI25.1
<tb> Pour <SEP> cent <SEP> 3.4. <SEP> 3. <SEP> 00 <SEP> 3.22 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb> en <SEP> silicium
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Calibre <SEP> du <SEP> barreau
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> plat <SEP> laminé <SEP> à <SEP> ohaud <SEP> 0. <SEP> 65 <SEP> 0. <SEP> 080 <SEP> 0. <SEP> 075 <SEP> 0.
<SEP> 072
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> du <SEP> 1er
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> traitement <SEP> thermique <SEP> 1600 F <SEP> 1700 F <SEP> 1600 F <SEP> 1450 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Premier <SEP> laminage <SEP> à
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> froid <SEP> 0.065 <SEP> 0.080 <SEP> 0.075 <SEP> 0.072
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> 0.026 <SEP> à <SEP> 0.029 <SEP> à <SEP> 0.030 <SEP> à <SEP> 0.035
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Deuxième <SEP> traitement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> thermique <SEP> 17000F <SEP> 1680 F <SEP> 17000F <SEP> 1525 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Deuxième <SEP> laminage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> froid <SEP> 0.026 <SEP> 0.029 <SEP> 0.030 <SEP> 0.035
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> 0.011 <SEP> à <SEP> 0.0125 <SEP> à <SEP> 0.012 <SEP>
à <SEP> 0.011
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Troisième <SEP> traitement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> thennique <SEP> 2000 F <SEP> 20000F <SEP> 1990 F <SEP> 1620 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pertes <SEP> en <SEP> watts <SEP> par
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> livies
<tb>
EMI25.2
B s 10)000 (60 oyoles) 0.47 0. 60 00 49 C s-
EMI25.3
<tb> Perméabilité <SEP> à <SEP> diverses
<tb> densités <SEP> de <SEP> flux
<tb>
<tb> B <SEP> = <SEP> 10. <SEP> 000 <SEP> 18. <SEP> 000 <SEP> 12.500 <SEP> 120000
<tb>
<tb> B <SEP> = <SEP> 14.000 <SEP> 5.500 <SEP> 5.600 <SEP> 50000
<tb>
<tb> B <SEP> = <SEP> 16.000 <SEP> 900 <SEP> 1.600 <SEP> 1.200 <SEP> 1.800
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> recuit
<tb> de <SEP> non-vieillissement <SEP> 1300 F <SEP> 1300 F <SEP> aucune <SEP> donnée.
<tb>
<tb>
Perte <SEP> en <SEP> watts
<tb> par <SEP> livre
<tb> B <SEP> = <SEP> 10.000 <SEP> 0,45 <SEP> 0,55 <SEP> ---- <SEP> ----
<tb> ( <SEP> 60 <SEP> cycles)
<tb>
De la description et des explications qui précèdent, il résulte que l'invention prooure un produit de haute utilité possédant des caractéristiques de loin supérieures à celles de matière s commerciales similaires telles que fabriquées à présent.
Le traitement de la matière brute est simple et peu cou- teux et peut être effectué rapidement et efficacement. Le ré- sultat amélioré rendu possible avec des aciers à plus basse teneur en silioium, facilite les opérations de fabrication et en réduit le coût. Un fini hautement désirable caractérise'le produit du procédé . Des avantages ne résultent pas seulement
<Desc/Clms Page number 26>
des caractéristiques améliorées du produit fini, mais également de la méthode de traitement elle-même, étant donné qu'en évite les manipulations répétées d'un grand nombre de pièces de matière de petites dimensions, ainsi que les réohauffages fréquents qui ont jusqu'à présent été nécessaires pour la production de tôles électriques.
D'autres avantages résultent du fait que les oaraotéristi- ques de la matière produite par la présente méthode peuvent être aisément prévues en soumettant des petits spécimens à dès essais et en observant les caractéristiques obtenues. De cette manière le traitement d'un lot particulier de matière peut être contrôlée de manière à fournir un produit possédant des valeurs maximum pour les caractéristiques désirées et on peut remédier à tout manque d'uniformité de la.matière brute en variant légèrement le prooédé pour assurer la production des meilleurs résultats.
Les méthodes empiriques antérieures manquent de la préoisim et certitude qui caractérisent la présente invention et qui rendent possible la fabrication d'un produit conforme aux desi- derata des clients endéans de très étroites limites. Un tel pro- duit fabriqué suivant la présente invention est caractérisé par sa ductilité, sa facilité d'estampage et le bon état de sa sur- face.
Son usage dans les machines à courant alternatif, en parti- oulier dans les moteurs à induction est tout indiqué par suite des caractéristiques avantageuses de surcharge, coefficient d'empilement, calibre et bas courant d'excitation.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.