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"Procède 6..8 -fabrication d'objets actel liques"
Dans la production a'objets d'utilité courante par des moyens industriels, la fabrication de pièces mé-
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talliques joue un rôle important et décisif..Cl le s'effec- tue encore aujourd'hui en ajoure partie suivant des&ëthodet
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d6j"centenies, et qui nr01'l qu'améliorées et con- #pléxées les progrès de- technique, sens1 'iJ 6 '"GGes, "O(1...t:'11'tèi';.n'4 par les progrès de la technique, sens avoir subi .de transformation radicale..
Suivant un principe imdaiir.:ûle, on obtient tout .W;.:¯'oo;c le métal par fusion des minerais présents dans le nature, puis on commence ensuite le conformation de la pièce. Deux processus opératoires peuvent'être suivis pour ce travail. Lorsqu'on ne déaire pas obtenir des pièces usinées avec des cotes 0-, une pré- cision très .poussée, et que l'on peut accepter en outre des valeurs, de résistance relativement faibles,
on se contente de couler le métal liquide dans des coules, et 3 'or- n'entreprend un usin&ge ultérieur par enlèvement de copeaux qu'en cas de nécessité. Lorsqu'il est par contre nécessaire (L'obtenir une qualité élevée et une précision comprise entre des tolérances étroites,
les opérations nécessaires pour la. fabrication de cas' pièces métalliques
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yont # nsttoaent plus 1:R;"fJt;ntPS..ßi >St- t-¯,.0'S habituelle- ment nécessaire-de couler le métal en an '=;loo, et de fa- briquer c partir de celui-ci un. semi-produit métallique .-"o.ï 0 l' L :D, ED compression .ou laminage s r :¯ute température.
C'est seulement 1¯.Lll. i.. 1z(. . Cn ;attd.:Yl.. GC .iî2-yï 0 ¯L11 v à nz. forme finale par uinge.o. ,J. G,,¯O-0 ';.l"-,, machines-outils.
La. nécessité C l7f"L usinage c pour résultat que le prix, du d:î(.ta..'Jïut 'C.'t¯nS. un. objet iiiétsilique terminé ne représente .souvent qu'un faible pourcentage ' du coût total.
Il résulte des explications qui précèdent que les installations métallurgiques comptent parmi les plus
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compliquées et les plus coûteuses de le technique.
La fabrication de' produits chimiques a fait ces dernières années des progrès importants et a abouti au dé- veloppement des produits connus sous l'appellation de produits synthétiques. On a décrit pour ces fabrications des procèdes suivant ' lesquels on fabrique directement a partir- de la matière brute le produit ou l'objet fini par une opération de compression à température relativement peu élevée.'
Ce moyen très rapide pour la fabrication de pièces er résine synthétique a
renforcé la désir de créer également dans l'industrie des métaux des procèdes de l'abri cation plus .simples. Ce désir a 'été satisfait en partie aens la des poudres, dans laquelle on prépara des pièces métalliques prêtes pour le' montage, à partir de poudres métalliques par compression et frittage. On dispose déjà ici d'un procédé qui peut être comparé à la, technique des matières plastiques.
On fabrique à partir des minerais les poudres métalliques, que l'on transforme ensuite par compression et frittage en pièces métalliques Homogènes. homogènes.
Les procédés de moulage sous pression de la métal- lurgie, dos poudres ont toutefois été généralement re- streints à des applications strictement limitées, car les poudres métalliques ne satisfont pas eux lois de la trans- mission hydrostatique des pressions, ce qui ne permet pas le. fabrication de pièces présentant dos parties de forme
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très compliquées, des cavités et des épaulements entre les diverses parties.
On a entrepris il est vrai des essais et recherches nombreux pour plastifier les poudres métal- liques afin de permettre ainsi la fabrication de pièces compliquées, mais on n'est pas parvenu jusqu'ici à des résultats utilisables pratiquement.
La présente invention se rapporte en conséquence 9 un procédé entièrement nouveau pour le fabrication de pièces métalliques, même lorsqu'elles ont une l'orme des plus compliquées. -Dite utilise comme matière de départ des composés métalliques clui satisfont beaucoup mieux aux lois oc la transmission hydrostatique que les poudres métalliques Ces composés se laissent en outre travailler pour la plu- 'part, par fusion et moulage, à des températures bien plus basses que les métaux.
-L'invention est caractérisée par le fait que l'on part pour la fabrication d'objets métalliques d'un composé métallique qui peut être transformé en métal par un procédé chimique, on conforme le composé métallique en un objet par un procédé de mise en forme approprié, par exemple par compiession ou moulage,
la' forme et les dimensions de cet objet correspondant à celles de la pièce définitive désirée (ondoit comprendre par l'expression "correspondre" l'idée de similitude mathématique). On transforme ensuite cet objet en métal' par une réaction chimique, et on le soumet à une compression pour obtenir les dimensions et la com- pacité finales.
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On peut appliquer l'invention ci-dessus par un grand nombre de modes de mise en oeuvre, qui peuvent se subdiviser en trois groupes'principaux.:
1) Usinage des composés métalliques par compression.
2) Usinage des composes métalliques par coulée.
3) Usinage de mélanges de composés métalliques et de poudres ou de copeaux métalliques.
Cn procède en particulier de la manière suivante lors de la fabrication d'objets en métal suivant le procédé de l'invention:'
1) Groupe Usinage de composés métalliques par compression. tandis que la compression de poudres métal- liques nécessite des forces très importantes par suite des forces d'adhésion existant entre les grains séparés,
il est possible d'usiner des sels ou oxydes métalliques evec des dépenses d'énergie bien plus faibles- pour obtenir des pièces moulées. Il .est par exemple nécessaire d'utiliser pour le plupart des poudres métalliques des pressions de 8 à 50 tonnes par. cm2, pour obtenir une pièce ayant une compacité relative de 9b%.
Il ost par contre possible de comprimer les.sels halogènes des mêmes métaux sous une pression de 0,8 à 1,2' tonnes par cm2 jour obtenir un objst d'une compacité de 95%. Les oxydes des mêmes métaux néces- sitent une pression de 1,8 à 2,5 tonnes par cm2.
Il est par conséquent nettement avantageux d'effectuer la mise en forme initiale aes objets avec la matière dans un état sous lequel le. eztière se prête a une mise en forme aisée,
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puis de créer ensuite seulement l'état de métal pur. On peut d'une part, mieux utiliser le capacité des machines, et d'autre part, lusure des outils est plus réduite.
Cn peut supprimer par ce moyen certaines opérations de la fabrication des poudres métalliques, qui peuvent aussi être conjugéos avec la fabrication des pièces moulées.
Les composés' halogènes et les oxydes se sont avérés jusqu'ici les plus appropriés à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, ce qui ne veut dire pourtant que son application y est limitée. On peut également uti- liser des mélanges'de plusieurs composés métalliques, qu'ils soient du même métal ou, et ce en vue d'obtenir es alliages, de métaux différents.
On comprime tout d'abord les composés métalliques, à f$roid ou à température élevée, pour obtenir des pièces moulées. On transforme ensuite ces composés en métal par une réaction chimique appropriée. La réduction à l'aide d'hydrogène s'est avérée convenir dans le cas de composés halogènes. On peut utiliser dans le cas d'oxydes aussi bien la réduction à l'aide d'hydrogène que la réduction à l'aide de gaz de gazogène.
On doit choisir les conditions de la réduction de façon à éviter la formation d'un ré- sidu dans 'le corps comprimé. La différence de compacité très nette entre les composés métalliques et les métaux engendre lors de la réduction un retrait important, en particulier* lorsqu'on opère à haute température. On doit tenir compte de ce phénomène lors du dimensionnement des
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pièces.
On effectue simultanément ou après la transformation en métal un frittage préalable. ±près refroidissement, les pièces métalliques ainsi obtenues présentent une compacité de 40 à 50%.
On les comprime ensuite à froid ou à chaud pour les amener 3, leur compacité finale et, suivant les nécessitée d'accroissement de leur résistance ou de'leur dureté, on les soumet un autre traitement à chaud par frittage ou normalisation. On doit tenir compte lors de l'utilisation de deux opérations de compression et pour la détermination des dimensions du lingot comprime partir du compose métallique des différences de compacité entre ce compose métallique et le métal,
Afin d'obtenir pour des pièces d'épaisseur variable et pour la même pièce une compression homogène, les différentes épaisseurs de le pièce préalablement comprimée doivent présenter une déformation du profil qui correspond a le différence de compacité entre le lingot brut de métal réduit et la pièce terminée .
Les exemples d'application ci-dessous montreront d'autres particularités de l'invention.
Exemple d'application On comprime un mélange de chlorure de cuivre et de chlorure ferreux dans lequel les métaux, cuivre et fer, sont mélangés dans un rapport :
le 35% de cuivre pour 65% de fer, sous une pression de 0,8 tonne par cm2 pour obtenir ur.e plaque de 15 mm d'épaisseur. On réduit le lingot comprimé pendant deux heures, en commentant à 650 C à
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l'aide d'hydrogène. On élève lentement, pendant la réduction, la température jusqu'à 920 C. On lave les plaques à l'eau
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c.ïf.-':, '8.'0lG:i,', :1 nt, et on leur fait subir un laminage préalable avec' une réduction dépaisseur de 10 i:..
On les ;:illè1"; ensuite un, rouge intermédiaire ± 650 C et on les lapine finalement pour former une bande de 1 mm d'épaisseur. Le produit final est un pseudo-alliage cuivre-fer présentant une résistance de 40 kg par mm2 et un allongement de 6%.
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..'XettIJ.e. w. e,Jl.jG.ti0n :
On comprime du chlorure ferreux déshydraté à 150 C pour obtenir des poêles plates. On les réduit à l'aide
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,; " :O:Lili:.r¯-n G, ',r0o. 0 rI" pi--darit l ' d'hydrogène en commençant 750 0.
On élevé pendant la ré- duction la température jusqu'à 1130 C. On comprime finale- ment les pièces après refroidissement, sous une pression de 6 tonnes par cm2, et on les égaille ensuite directement. La
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température élevée utilisée lors de .'-.Il::.1., sert an -Le temps à la recxistgllis&'tion et s l'obtention de la résistance finale.
Xt:::il1)le Ci '3,JrJlicatiorl 0:
On comprime un mélange d'oxyde de cuivre et d'oxyde de molybdène, dans lequel les métaux'sont présents dans la proportion de'18% de cuivre pour 82% de molybdène pour obtenir -.des broches de contacteur pour prises de courant à haute tension.
On réduit ensuite les pièces comprimées à 900 C 1 'aide d'hydrogène, pour obtenir l'état métal- lique, et on leur fait subir un frittage préalable pendant trois heures à 1100 C. On comprime finalement les pièces
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à 750 C, et on les porte ensuite pendant' un court instant
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5u rouse c-.. .'e..G 0 pr,-Isen e ¯ f1¯sCia'.U,BtlFe', 'OL21" .2.Li,zr au rouge a 1200 en présence d'hydrogène, pour éliminer lQ couche superficielle de battitures.
2) Groupe 2. Usinage de'composés métalliques' par coulée.
Les points de fusion d'un grand nombre de composés métalliques sont' nettement inférieurs s ceux des métaux correspondants. 'Par.exemple, les'chlorures des métaux usuels
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.plus 1.
(1')O-"{' - -1-8 C -, ." 1 e i2r, le .inanse, .e ..: '7 l ' les plus importants comme le fer, le manganèse, le nickel,' le cobalt, et le' cuivre fondent tous on dessous de 500 0, tandis que les points de fusion des métaux correspondants,
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e::COj7 tlOf2 - .. îCnï:
,', '" () 8 - 0 "\ son ou s ;L1;JG- l'exception du cuivre qui fond a" 1088 3, sont -sous supé- rieurs 0 1200 C. Alors que lus points de fusion des métaux sort trop élevés pour que ces métaux puissent être moulés par le procède de moulage par injection,
les chlorures de ces métaux peuvent- être usinés aisément suivant cette technique. Il est donc possible de fabriquer par injection à partir des chlorures métalliques des pièces moulées de forme très compliquée. Il va de soi que l'on peut utiliser
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cleill3n, 2Qur leur mise en- forme tout cirtre procédé de moulage. La transformation du composé métallique en métal et son usinage ultérieur sont effectués ensuite cornue cela e été décrit pour le procède du groupe 1.
Il faut simple-
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ment tenir compte ci. f Ún3' fc;..'t on, particulière, lors 1 lusi- nage de chlorures, de l'élimination du résidu selin réduit encore présent lors .de la compression finale, car une attaque par corrosion des pièces terminées pourrait sans
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cela se produire facilement. On effectue de préférence l'élimination de ces résidus salins par lavage ou extraction à l'eau ou }. l'alcool.
Les exemples d'application suivants indiqueront d'autres particularités du procède: Exemple d'application 4:
On provoque la fusion de chlorure ferreux ad- ditionné de 2% de chlorure -de cuivre, et on le coule à
720 C dans des .nouiez en geier pour obtenir den tubes de
1 metre de long et de 35 mm de diamètre interne. On réduit les tubes à 6300C à l'aide d'hydrogène,
et on leur fait subir une fois la réduction tartinés et lors de la même opération un frittage préalable pendant ceux heures à
1100 C. On élimine les restes satina demeurant- après le refroidissement avec de l'eau, et on comprime les tubes 'par forgeage à froid jusqu'à -une densité de 7,7. Après un traitement au rouge à 105 C, ils présentent une rosis- tance de 45 kg par mm2 environ et un allongement de 12%.
Exemple d'application 5:
On injecte une.coulée de 88% de'chlorure ferreux et de 12% de chlorure de manganèse à 650 C dans une échine de roulage par injection pour obtenir des roues dentées.
Cn les réduit ensuite après démoulage à l'aide d'hydrogène en commentant à 600 C. On -lève. lentement la température au cours de -'Le, réduction jusqu'à 1100 C, et on ajoute en même temps au gaz de la vapeur de pétrole, afin de provoquer
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.une carburation des pièces comprimées. Apres les opérations Ci 8 réduction, 'de carburation et de frittago préalable, on extrait.
les pièces avec de l'eau, eton les comprime fina- loment sous une pression de 8 tonnes par cm2. On fait suivre cette opération d'un frittage final de deux heures & 1120 C.
Exemple d'application 6:
On provoque la fusion d'un mélange des chlorures des trois métaux fer, nickel et molybdène, dans lequel les métaux sont présents d$.ns les .proportions de 20, 60 et 20 respectivement, et on le coule an plaques plates. On
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réduit calles-ci k 700 3 a l'biGe a'hydrogène saturé de .vapeur de sodium. On lève lentement la température de réduction jusqu'à 1100 C. On extrait ensuite après refroi- dissement la plaque métallique avec de l'alcool, puis on
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la lapine a P50 C.
On lapine froid 1''sillage après un chauffais à f ou- nu dans de l'hydrogène. ci) Groupe 3. Usinage de mélanges de composes mé- talliques et de poudres ou de copeaux Métalliques.
La compacité des pièces métalliques fabriquées comme indiqué pour les groupes 1 et 2 est très faible
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, Vc..It-C c::;....... J.\./.....:..J J..10::(;""", et e.st comprise entre 40 et c t7: .
Il est possible d'obtenir des pièces plus compactes en parlant non pas de composés métalliques purs, mais de mélanges de., ces ' composes avec des poudres métalliques ou des copeaux métalliques. La diminution de Inaptitude ou moulage qui en résulte est très réduite, tandis que la compacité de la pièce .brute peut être augmentée de 40 à
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70%.
Lors de la réaction chimique qui se produit pendant la, transformation en métal, les' particules métalliques ajoutées sont .enrobées très fortement dans la pièce usinée, de sorte qu'il, ne se produit aucune baisse de résistance.
Les exemples d'application ci-dessous concernent ces va- riantes de mise en oeuvra du procédé. exemple d'application 7:
On coule un mélange de 70 de poudre de fer et de
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c 0' 1 l fer-.-,eux) , r;'- 0 0 irs urle 4lc:,chine : Lou- ..:.' iL de chlorure ferreux, 750 , dans une machine de rou- lage par injection pour obtenir des mouilles. Apres dé- moulage,- on réduit celles-ci en métal s 730 C.
On élève lentement la température de réduction jusqu'à 1200 C. âpres refroidissement on lave les pièces a l'eau on les, calibre et on les utilise directement dans cet état comme coussinets frittes.
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exemple cA P rw'.,i1 1 C t1el.'1 On' usine à 750 C un mélange de 25% de chlorure ferreux et de 7570' de copeaux de tour en acier renfermant 0,35% de carbone pulvérisés au préalable à une grosseur de Airain de 0,5 mm, dans une machine de moulage par in-
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jection pour obtenir - poignées de portes, iorès dé- 0 u', e , Or¯ réduit ensuite les pièces à 700 0 1, .
d d'hydrogène,- en élevant lentement 1s température jusqu'à 1100 C. On comprime ensuite l'objet métallique réduit de cette façon et fritte au préalable, après élimination des résidus salins restant, sous une pression de 8 rennes par cm2, et on les fritte finalement pendent deux heures à 1220 C.
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3. Procédé selon la revendication 1 et 2, carac- térisé en ce qu'on utilise le processus de travail suivant l'invention pour la fixation de pièces massives dans des pièces f
4. Procédé selon les revendications 1 à caractérise en ce qu'on effectue la conformation sous pression des composes métalliques ou des mélanges de com- posés métalliques et' de métaux à l'etat finement pulvérisé, pour obtenir les. pièces ' moulées, à température élevés.
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5. Procédé selon les revendications 1 à caractérisé en ce qu'on élevé lentement la température pendant la. transformation en métal, de manière a produire simultanément à cette transformation un frittage préalable.
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selon l ravendica-Lions 1 ' h cà:
c- Procédé selon les revendications 1 a carac- térisé en ce qu'on tient compte dans la détermination des dimensions de la pièce brute des différences de compacité entre la pièce brute et la pièce terminée et, pour des pièces d'épaisseur variable, on donne à la pièce brute un profil modifié par. rapport à la pièce terminée pour per- mettre une compression ultérieure homogène.
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7. Procédé selon les'revendications 1 s 6, cars- térisé en ca qu'on utilise des mélanges de deux ou un plus grand nombre de composés métalliques, ce qui permet d'ob- tenir ainsi la formation d'un alliage.
8. Procédé selon les revendications 1 à 7, carac- térisé en ce qu'on effectue la compression ultérieure à chaud.
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9. Objets métalliques fabriqués par application du procède spécifié dans les revendications 1 8.
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Les deux derniers exemples d'application montrent qu'il est aisément possible de fabriquer de cette manière des objets métalliques homogènes à partir de mélanges hété- ramènes de corps métalliques et de composés métalliques.
On peut également utiliser ce processus pour le fixation ou l'ancrage, de n'importe quels éléments métalliques mas- sifs tels que douilles filetées, boulons ou pièces analogues dans une pièce frittée. On injecte ensuite simplement autour de la pièce massive le composé métallique,
ou -bien on comprime ce dernier- autour de cette pièce, et on effectue à plusieurs reprises les opérations indiquées plus haut.
Revendications :
1. Un procédé de fabrication d'objets métalliques, suivant lequel .or¯ met les objets en forme à l'état de composas métalliques ou de combinaisons de composés métalliques, ou de mélanges de composes métalliques avec des métaux finement pulvérisés, par compression ou moulage,
on transforme les corps moulés ainsi obtenus en métal par une réaction ou transformation chimique, et on soumet les pièces métalliques fabriquées de cette facon à une com- pression'ultérieure avec ou sans traitement thermique.