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procédé de fusion des métaux et de leurs alliages y compris le fer et les alliages ferreux.
La présente invention a pour objet un procédé de fusion des métaux et de leurs alliages, y compris le fer etles alliages ferreux, ce procédé permettant d'influencer les propriétés de ces métaux d'une manière inconnue jusqu'ici. Cette influence provoque non seulement des modifications quantitatives des caractéristiques, comme par exemple une augmentation de la résistance ou de la dureté, mais confère aux différentes matières des propriétés que ces matières n'onµ encore jamais possédées.
C'est ainsi qu'on parvient par exemple à obtenir un fer brut à teneur élevée en carbone (par exemple avec 3% de carbone) sous une forme forgeable et susceptible d'être laminée.
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La présente invention consiste essentiellement à élever, lors dela fusion, et après que la charge a été complètement fondue, la température de cette charge, en la portant dans le cas par exemple des alliages de métaux lourds, a au moins 1900 C, de préférence jusqu'au voisinage de la température d'ébullition du constituant le plus fusible, et à soumettre le bain a l'action d'un champ électromagnétique au moins pendant l'élévation de la température ou peu après cette élévation de température ou surchauffe. un fait agir de préférence un champ àbaute fréquence. par le réglage de la fréquence et de la puissance mise en oeuvre, ou de l'une et de l'autre, on est en mesure de modifier dans de larges limites les caractéristiques ou propriétés de la matière f9ndue.
Le technicien qui veut opérer conformément a la présente invention doit donc tenir compte des trois éléments suivants :
1 ) la surchauffe ,
2 ) la fréquence,
3 ) la puissance .
S'il porte la température par exemple à la valeur t = 2.000 C et s'il donne au four une puissance déterminée égale à L = 33 kw. il suffit qu'il fasse varier la fréquence q par exemple entre 10.000 et 7.000 périodes par seconde pour obtenir, à une fréquence déterminée, une valeur optimum pour les caractéristiques désirées, par exemple pour la dureté.
Dans ce qui va suivre, on va faire ressortir tout d'abord par trois exemples d à III) de quelle façon les variations de la fréquence et de la puissance s'exercent, dans les trois variantes possibles, sur les caractéristiques ou propriétés de matières en partie différentes. Ensuite viendront quatre autres exemples de quatre matières différentes (lV à VII).
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La description qui va suivre en regard des dessins annexés , donnés a titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que des dessins faisant, bien entendu, partie de celle-ci.
Les fig. 1 à 5, sont des micro-photographies relatives à 7.' exemple I.
Les fig. 6 à 8 sont des micro-photographi.e s d'une matière traitée normalement et servant à la comparaison.
La fig. 9 est une photographie de la texture de la cassure d'une matière de l'exemple II.
La fig. 10 est la photographie d'une matière de même composition fondue dans des conditions normales.
Les fig. 11 et 12 sont des micro-photographies de la même matière que dans l'exemple II, d'une part à l'état de métal coulé brut et d'autre part normalisée pendant une heure à 900 .
Les fig. 13 et 14 sont les microphotographies correspondantes d'une matière de même composition traitée dans des conditions normales.
Les fig. 15 à 70 sont des micro-photographies relatives à l'exemple III.
La fig. 71 ast une photographie de pièces ayant fait l'objet d'un essai de forgeage et exécutées en un fer brut fondu dans des conditions normales et correspondant à l'exemple V.
Les fig. 72 et 73 sont des photographies de pièces ayant fait l'objet d'essais de forgeage et exécutées en'un fer brut fondu suivant les principes de la présente invention, et conforaies à l'exemple V.
La .fig. 74 est une microphotographie de la matière de la fig. 71.
La fig. 75 est une micro-photographie de la mati, ère des fig. 72 et 73.
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La f ig. 76 est une microphotographie de la matière de l'exemple VII à l'état fcrgé.
La fig. 77 est une microphotographie de la matière de l'exemple VII après trempe à l'eau et revenu d'une heure à 450 C.
EXEMPLE I.
Pour cet exemple, on a adopté un alliage de fer, d'aluminium et de chrome, contenant peu de carbone, et dont la composition est la suivante :
25% d'aluminium,
5% de chrome, le reste étant du fer.
Cet alliage est fondu au four à haute fréquence, puis la température est portée jusqu'au voisinage de 2000 C, c'est à dire jusqu'au voisinage de la température d'ébullition de l'aluminium.
La puissance mise en oeuvre dans le four est maintenue constante et égale à 23 kW.
On fait varier la fréquence g entre 9000 et 5000 périodes par seconde.
Alors que l'acier fondu a la fréquence de 7.000 périodes par seconde est d'une bonne malléabilité a chaud, l'acier fondu dans des conditions normales est indéformable.
Les fig. 1 à 5 représentent des micnophotographies d'aciers qui ont été fondus aux fréquences de 9.000, 8.000, 7.000, 6.000 et 5.000 périodes par seconde (la température était supérieure à 2.000 C, et la puissance L étant de 23 kW).
A 7.000 périodes par seconde, la forme des cristaux, qui est analogue à des baguettes avant et après cette fréquence, fait place à une structure granuleuse fine.
A 7.000 périodes par seconde, on obtient pour la résistance une valeur optimum qui est de 34 à 44 kg/mm2.
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Le même alliage fondu dans des conditions usuelles présente une résistance de 5 kg/mm2. on voit donc qu'en supposant que la surchauffe se produit sous puissance sontante, il suffit de régler la fréquence pour pouvoir déterminer par des essais peu nombreux la modification des caractéristiques de la matière.
Les fig. 6 à 8 représentent des microphotographies de la même matière fondue avec une puissance de 23 kW et sous une fréquence de 9.000, de 8.000 et de 7.000 périodes par seconde sans surchauffe.
Dans ces cas, on n'observe pas d'influence comme celle qu'on obtient d'après la présente invention.
EXEMPLE II.
Composition : a) 14,6% Cr b) 14,6% Cr c) 14,6% Cr
EMI5.1
5,6w,6 Clo 5,6% Co 8% Co d, 2r 2elle Ti S, 3% Ti
0,2% Gl 2,2% B
3,0% C Reste Fer Rester=fer à faible Reste= fer à faible teneur en carbone teneur en carbone Température de surchauffe : plus de 1.900 C environ
EMI5.2
Séquence constante : g = 10.000 périoles par seconde.
Valeurs de la puissance/ . L . = 18,33 et 50 kW. modifiée : 1-3
Après fusion, on a soumis à la mesure la dureté Brinell des alliages a b et c fondus en donnant à la puissance les différentes valeurs ci-dessus indiquées, et on a fait une comparaison de ces valeurs et de celles de la matière de même composition fondue dans des conditions normales.
Les valeurs obtenues ont été les suivantes :
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EMI6.1
<tb>
<tb>
<tb> : <SEP> procédé <SEP> normal <SEP> . <SEP> L <SEP> L <SEP> L3 <SEP> :
<tb> : <SEP> de <SEP> fusion <SEP> 1 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> :
<tb> : <SEP> a <SEP> 535 <SEP> : <SEP> 590 <SEP> 750 <SEP> 480 <SEP> :
<tb>
<tb> b <SEP> 365 <SEP> : <SEP> 358 <SEP> 570 <SEP> 352 <SEP> :
<tb> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb> : <SEP> c <SEP> 496 <SEP> : <SEP> 618 <SEP> :
<tb> : <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<SEP> :
<tb>
Pour la matière c. la valeur relevée pour la résistqnce à la traction à l'état forgé a été de 96 kg/mm2 dans le cas de la fusion normale, contre 140 kg/mm2 dans le cas de la même matière obtenue par fusion sous la puissance L2, sous la fréquence g, de 10.000 périodes par seconde, et sous la température de 19000 C environ.
La fige 9 montre la texture de la cassure de cette dernière matière.
La fig' 10 représente celle de la matière obtenue par fusion dans des conditions normales.
Les fig. 11 à 14 sont des microphotographies correspondantes.
EXEMPLE III.
Composition : comme dans l'exemple 1 Température de surchauffe : " " " I. un a donné à L quatorze valeurs différentes variant entre L1 = 23,22 kW et L14 = 11,10 kW.
Un a donné à q quatre valeurs échelonnées entre q1 =10.000 périodes par seconde et q4 = 7.000 périodes par seconde, et différant entre elles de 1.000 périodes.
Les variations des caractéristiques ressortent de la description de l'exemple I pour l'un des cas, c'est à dire pour celui où la puissance et la fréquence ont les valeurs L1 et q4.
Les microphotogr aphies 15 à 70 représentent, dans les rangées horizontales, des aciers qui ont été traités à la même fréquence, tandis que la puissance a varié.
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par contre, dans les rangées verticales, la puis- sance est constante, tandis que la fréquence varie. on recon- naît dans chaque cas l'influence exercée sur le grain de la . matière.
EXEMPLE IV.
Composition : 14% de chrome ,
5% de cobalt , le reste étant du fer.
Température de surchauffe : t = 2.000 C Fréquence : q : 10.000 périodes par seconde puissance : L = 33 kW Résistance à la traction 200 kg/mm2 Dureté BrinelL 620 Br.
" " 850 Br à l'état trempé.
Cet acier est très tenace et susceptible d'être travaillé à chaud à la presse.
Cette même matière fondue dans des conditions normales comporte une résistance à la traction de 93 kg/mm2 et une dureté Brinell de 280. (Stahl und Eisen du 14 Mai 1936, page 577). cet acier convient pour des objets qui né- cessitent une grande ténacité et une grande dureté même aux températures élevées, comme par exemple les soupapes.
EXEMPLE V.
Composition : - fer brut à 3% de carbone . t = 2.000 C. q = 10.000 périodes par seconde.
L = 11 kW ou 29 kW.
On obtient des valeurs optima pour les caractéristiques de la matière avec les deux valeurs indiquées ci-dessus pour la puissance.
Alors que le fer brut qui contient plus de 1,7% de carbone, et par exemple 3% de carbone n'est pas fcrgeable (fig.
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71),le fer brut fondu conformément à la présente invention et dans les conditions ci-dessus indiquées est forgeable, il est susceptible d'emboutissages profonds et peut être laminé à froid et a chaud.
Les fig. 72 et 73 représentent des barres de section carrée de 16 et de 12 mm de coté, obtenues par forgeage en une seule opération à partir d'un lingot cylindrique de 50 mm de diamètre.
La fig. 74 représente une microphotographie de l'alliage de fer et de carbone traité de la manière usuelle.
La fig. 75 représente une microphotographie du même alliage de fer et de carbone obtenu conformément à la présente invention.
EXEMPLE VI.
Composition : fer brut à 4,25% de carbone t = 20000C q = 10.000 périodes par seconde
L = 11 kW propriété de ce fer : ce fer est forgeable, laminable et susceptible d'emboutissages profonds.
EXEMPLE VII.
Composition : a) 14,6 % Cr b) 14,6% Cr
9 % Co 9% Co
2,2% Ti 2,2% W
2,2% W 0,6% Gl
0,2% Gl 3,0% C
3,0% C le reste étant du fer le reste étant du fer. t = 2.000 C
EMI8.1
q = 10.(<JO périodes par seconde . L = 33 kW
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Propriété des deux alliages a et b : ces alliages sont forgeables et laminables . Ils constituent des aciers analogues aux aciers à outils avec des caractéristiques de métaux durs,
Les fig. 76 et 77 sont des microphotographies de l'acier a.
Il ressort des exemples précités que l'on parvient à modifier sensiblement les caractéristiques des alliages en faisant varier d'une manière méthodique la puissance et la fréquence et en appliquant simultanément des températures très élevées.
C'est ainsi que des alliages fondus par les procédés actuels et qui, de l'avis unanime des spécialistes et d'après l'état actuel de la technique, ne sont ni forgeables ni laminables, peuvent par exemple être transformés, par le procédé de fusion de la présente invention, de façon à devenir forgeables, à pouvoir être laminés à froid et à chaud, et même à pouvoir subir des emboutissages profonds. Il est également possible d'améliorer ou de modifier dans le sens désiré les caractéristiques mécaniques, physiques ou chimiques, ou à la fois les unes et les autres de ces caractéristiques d'un alliage. Par ce moyen on parvient également à se contenter d'alliage à teneur en éléments d'alliages .plus faibles que j jusqu'à, présent, tout en obtenant des résultats équivalents et même supérieurs.
C'est ainsi qu'on peut utiliser par exemple avec un bon résultat comme acier à outils un alliage de fer et de carbone ayant la composition d'un fer brut, après l'avoir forgé et trempé.
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