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Procédé de fabrication d'alliages d'acier pour aimants permanent::
On a déjà proposé de faire des aimants permanents, par exemple, pour des haut-parleurs électro-dynamiques, en alliages d'acier contenant du nickel et de l'aluminium.
Diverses données concernant ces aciers sont connues et citées, par exemple, dans le brevet français n 731.361 et par
EMI1.1
Kotaro Honda dans le périodique ttMetallwîrtschaft,,-wissen- schaft und-technik" n 24 du 15 juin 1934. Conformément à ce brevet, des aciers à aimants sont constitués par du fer .additionné de 5 à 40% de nickel et de 1 à 20% d'aluminium, si on le désire avec addition de cobalt, de manganèse, de
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tungstène, de molybdène, de vanadium ou de cuivre. Selon ce brevet, les aciers Ni-Al présentent le grand avantage qu'on obtient des valeurs magnétiques favorables sans durcissement, de sorte qu'on peut les utiliser sans recourir à aucun dur- cissement par traitement thermique.
Pour la bonne compréhension de la présente invention on fera remarquer que cela doit être considéré comme inexact d'une façon générale. Toutes les valeurs du magnétisme citées dans le brevet français dépassent 9000 gauss, tandis que toutes les valeurs maximum de la force coercitive dépassent 400 gauss. Des expériences ont révélé, en général, qu'on ne peut pas atteindre mène approximativement ces valeurs en pratique pour les aciers de cette composition, sans durcissement. Même à l'aide d'un traitement thermique on ne peut pas atteindre ces valeurs.
Des essais prolongés ont prouvé que l'affirmation, dans ce brevet, que l'alliage en question possède des propriétés magnétiqu es excellentes à l'état coulé, sans traitement thermique subséquent, est inexacte dans la grande majorité des cas possibles, sinon toujours. On n'a pas attaché d'attention au fait, entre autres, que pour une composition déterminée de l'acier les dimensions de la pièce coulée et les propriétés thermiques du moule de coulée sont d'une importance décisive par suite de la forte influence de la vitesse de refroidissement. Pour les dimensions usuelles et sans durcissement, les susdits alliages donnent des valeurs magnétiques qui sont généralement inférieures à celles des aciers au cobalt connus. Les alliages Ni-Fe-Al n'offrent des avantages appréciables que si l'on a recours à un traitement thermique déterminé.
On comprendra mieux cela en se référant à quelques exemples, les données concernant des éprouvettes ayant les dimensions sui- '
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vantes: 33 x 27 x 10 mm, coupées de barres coulées mesurant 150 x 27 x 10 mm.
1.- Composition:
EMI3.1
<tb>
<tb> 25% <SEP> de <SEP> Ni, <SEP> il% <SEP> d'Al,
<tb> le <SEP> reste <SEP> étant <SEP> du <SEP> Fe <SEP> rémanence <SEP> force <SEP> coercitive
<tb> à <SEP> l'état <SEP> coulé.. <SEP> 5200 <SEP> 325
<tb> après <SEP> traitement <SEP> thermique <SEP> 7200 <SEP> 400
<tb> (durcissement <SEP> à <SEP> partir <SEP> d'une
<tb> température <SEP> de <SEP> 1200 C <SEP> dans
<tb> de <SEP> l'huile <SEP> à <SEP> la <SEP> température
<tb> ,ambiante <SEP> et <SEP> recuit <SEP> subséquent
<tb> à <SEP> une <SEP> température <SEP> de <SEP> 650 <SEP> à
<tb> 750 C)
<tb>
2.- Composition:
EMI3.2
<tb>
<tb> 27% <SEP> de <SEP> Ni, <SEP> 12% <SEP> d'Al,
<tb> le <SEP> reste <SEP> étant <SEP> du <SEP> Fe. <SEP> rémanence <SEP> force <SEP> coercitive
<tb> à <SEP> l'état <SEP> coulé <SEP> 4400 <SEP> 400
<tb> après <SEP> traitement <SEP> thermique <SEP> 7000 <SEP> 490
<tb> (voir <SEP> remarque <SEP> sous <SEP> 1)
<tb>
3.- Composition:
EMI3.3
<tb>
<tb> 30% <SEP> de <SEP> Ni, <SEP> 14% <SEP> d'Al,
<tb> le <SEP> reste <SEP> étant <SEP> du <SEP> Fe. <SEP> rémanence <SEP> force <SEP> coercitive
<tb> à <SEP> l'état <SEP> coulé <SEP> 3600 <SEP> 450
<tb> après <SEP> traitement <SEP> thermique <SEP> 5600 <SEP> 620
<tb> (voir <SEP> remarque <SEP> sous <SEP> 1) <SEP> . <SEP>
<tb>
Il résulte de ces mesures que sans traitement thermique les alliages n'offrent sensiblement pas d'avantage.
Abstraction faite de cas spéciaux individuels qui n'entrent pas en ligne de compte pratiquement (pièces coulées à paroi mince, moules ayant une forte conductibilité thermique) on peut donc dire que les valeurs citées dans les publications précitées ne peuvent pas être réalisées sans traitement thermique spécial. En tout cas le brevet en question n'enseigne pas comment on peut obtenir un avantage ap-
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préciable.
La présente invention a pour but de procurer un alliage d'acier à aimants qui est beaucoup plus insensible en ce qui concerne la vitesse de refroidissement et possède des propriétés magnétiques excellentes même à l'état coulé, lesquelles propriétés sont bien supérieures à celles d'alliages à l'état coulé conformes au brevet français cité plus hait, après coulée dans des conditions normales, et s'approchent étroitement des propriétés de ces aciers à l'état durci.
Pour la fabrication d'acier à aimants pour aimants permanents constitués par un alliage contenant du fer comme matière principale, environ 15 à 25% de nickel et environ 7 à 15% d'aluminium on n'ajoute, conformément à l'invention, qu'une quantité de titane (0. 5 à 5%), en fonction des dimensions de l'aimant, telle qu'on puisse se dispenser du refroidissement brusque de la pièce coulée.
De cette manière on obtient un alliage qui lorsqu'il est coulé en sable permet d'obtenir de bons aimants sans aucun tr ai- tement thermique complémentaire à condition qu e ses dimensions ne soient pas trop grandes.
Un acier à aimants très avantageux peut avoir environ la composition suivante :
22% de nickel
11% d'aluminium
3% de titane le reste étant du fer.
Cette composition permet d'obtenir des aimants ayant une rémanence d'environ 6400 gauss et une force coercitive d'environ 500 gauss, et dont les dimensions peuvent être mieux caractérisées par un rapport entre la surface et le
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volume, d'environ 1 : 3,5.
On comprendra mieux les résultats que l'invention permet d'obtenir en pratique, par un exemple pris dans la fabrication des haut-parleurs. Aux bagues magnétiques pour haut-parleurs électro-dynamiques, par exemple, on donnait les dimensions suivantes: diamètre extérieur 72 mm diamètre intérieur 49 mm hauteur 22 mm. le rapport entre la surface (mm2) et le volume (mm3) étant de 1 : 3,7.
On obtenait un tel aimant par fusion de 27 % de Ni, et 12,5% d'Al, le reste étant du fer, à une température de fonte d'au moins environ 1450 C avec coulée en sable. Après refroidissement dans le moule en sable et magnétisation subséquente on obtient les valeurs magnétiques suivantes: rémanence Br 3400 force coercitive Hc:
390 Après un traitement thermique convenable (durcissement) et magnétisation subséquente on obtient les valeurs suivantes :
Br 6000
Hc 540
Le même aimant coulé au moyen de la composition confirme à l'invention et dans lequel, à l'opposé de la dernière composition qui comprenait 27% de Ni, une partie du Ni est remplacée par du titane, en l'espèce 22% de Ni, 11% d'Al, 3% de Ti (à partir de 12% de ferrotitane), le reste étant du fer, à une température de fonte au moins d'environ 1450 C avec coulée en sable, donne après refroidissement dans
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le moule en sable et magnétisation subséquente, les valeurs :
Br 6150
Hc 540 Il résulte donc-dû dernier exemple de l'invention que sans traitement thermique spécial on peut obtenir les valeurs magnétiques Br = 6150, Hc = 540.
Ces valeurs sont d'importance pratique pour la construction de haut-parleurs et sont du même ordre de grandeur que les valeurs (Br 6000, Hc 540) qui, conformément à l'exemple précédent, sont obtenues seulement par durcissement.
La fig. 1 représente quatre courbes de désaimantation résultant d'essais exécutés avec quatre éprouvettes de la susdite composition. Les valeurs indiquées sur le dessin concernent l'alliage à l'état coulé, c'est-à-dire sans traitement thermique. Les différences que présentent les courbes sont provoquées par l'ordre des additions et la forme dans laquelle on utilise ces dernières. Le titane, par exemple, ne doit pas être ajouté à l'état pur,. mais sera, de préférence, un constituant d'un ferro-alliage du commerce.
Pareil ferro-alliage peut avoir la composition suivante :
EMI6.1
<tb>
<tb> 59,4% <SEP> de <SEP> Fe
<tb> 262,% <SEP> " <SEP> Ti
<tb> 1,4% <SEP> " <SEP> Si
<tb> 0,0067 <SEP> % <SEP> " <SEP> C
<tb> 3,0% <SEP> " <SEP> Cu
<tb> 10,0% <SEP> " <SEP> Al
<tb>
Cela importe parce que le titane sous la forme de ferrotitane est moins coûteux qu'à le-état pur. Evidemment les résultats meilleurs obtenus en utilisant le ferro-alliage sont des au fait que la composition voulue de l'alliage peut être réalisée mieux à l'aide de cette addition qu'en utilisant du métal pur, entre autres parce que les pertes au feu pendant l'alliage @
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sont plus faibles. De plus il s'est montré avantageux d'utiliser l'aluminium comme dernier constituant.
La fig. 2 représente les courbes de désaimantation des mêmes éprouvettes, après qu'elles ont subi un recuit pendant une heure à une température de 650 à 675 C. La courbe 1' montrée sur la fig. 2 correspond à la même éprouvette que la courbe 1 sur la fig. 1 et ainsi de suite. Ce traitement thermique n'a pratiquement pas d'effet comme le montre clairement la fig. 3. Sur cette figure, a est une courbe qui correspond aux valeurs moyennes de la courbe montrée sur la fig. l, tandis que b correspond aux valeurs moyennes des courbes représentées sur la fig.2. En moyenne, l'opération du recuit n'a donc pas d'effet appréciable sur les valeurs de la force coercitive et de la grandeur B x H max.
En ce qui concerne la rémanence on obtient une faible amélioration.
En outre, il est à remarquer que les alliages Ni, Al, Ti, Fe ne doivent nullement subir un durcissement normal.
En général celui-ci amène une sensible réduction des propriétés magnétiques. L'éprouvette correspondant aux courbes 1 montrées sur la fig. 1 et à 1' sur la fig. 2 a subi une opération de durcissement et de recuit, avec le résultat que la rémanence se trouve réduite à 5000 gauss et la force coercitive à 300 gauss. En général, cependant les aimants ne devront pas être durcis, parce que cette opération entraîne toujours des ruptures en pratique.
En ce qui concerne la teneur en titane on fera remarquer qu'une réduction de cette teneur augmente légèrement la rémanece, mais en même temps la force coercitive baisse à tel point que la qualité de l'acier devient inférieure.
D'autre part, une augmentation de la teneur en titane au dessus
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de 3% n'est pas à recommander, parce qu'elle rend le métal cassant et s'accompagne d'un grand pourcentage de rebuts.
Une faible teneur en titane rend l'alliage plus sensible au traitement thermique.
Il està remarquer qu'on obtient le même effet, mais dans une mesure beaucoup moindre, lorsque le titane est remplacé complètement ou partiellement par le zirconium ou l'antimoine.