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"Perfectionnements à la production d'objets métalliques creux."'
Il est connu que si un ou plusieurs trous sont réalisés dans un corps métallique et remplis d'une matière appropriée, et si le corps est alors travaillé à chaud par extrusion ou d'une au- tre manière, la matière de remplissage s'écoulera avec le métal.
Si la matière de remplissage peut être enlevée par un procédé quel- conque qui n'affecte pas le métal, le corps travaillé à chaud ou des sections découpées de celui-ci présenteront encore des troue après l'enlèvement de cette matière de remplissage, mais la dimen-
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sion et la forme de ces trous dépendront'du changement qui s'est produit dans les dimensions extérieures du corps, et de la nature de la matière de remplissage. En supposant que la matière de rem- plissage se comporte exactement de la même manière que le métal, lorsqu'il est soumis à une déformation, il est possible d'allonger les trous et de réduire l'étendue de leur section transversale sans changement de la forme de celle-ci.
Cela peut être réalisé, par exemple, par extrusion d'une billette ou ébauche, ou élément simi- laire, présentant un ou des trous remplis parallèles à l'axe, sans changement de, la forme transversale de la billette. ou autre élément.
Si la forme transversale de la billette ou élément similaire est changée, par exemple, par laminage à chaud ou matriçage, la forme transversale des trous remplis sera chargée d'une manière dépendant des forces agissant dans la zone particulière de la billette ou élément similaire, où ces trous se trouvent. En pratique, lorsqu'un trou axial a été réalisé par enlèvement d'une tige de métal, il est rare que la matière de remplissage introduite dans le trou se comporte juste comme cette tige l'aurait fait, et la mesure dans laquelle la¯forme transversale finale du trou.ressemble à la forme transversale que la tige de métal aurait eu dépend des caractéris- tiques de travail à chaud de la matière de remplissage.
Par extrusion de la billette ou autre élément rempli à travers une matrice d'une forme différente et de plus petite sec- tion transversale que la billette ou autre élément, on peut produire un corps allongé dont les trous sont allongés, de section transver-- sale réduite, et également de forme modifiée.
Si la dimension, la forme et la répartition des trous.à obtenir doivent être uniformes sur une proportion importante de la longueur d'un tel produit extrudé, il est essentiel que l'extrusion soit réalisée sous des conditions de lubrification extérieure et sous un degré de réduction, tels qu'un écoulement régulier de la billette ou autre élément'se produise, c'est-à-dire, que le phéno-
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mène connu sous le nom de "défaut d'extrusion" soit évité.
Pourvu qu'un écoulement régulier soit atteint, la forme finale des trous laissés après enlèvement de la matière de remplis- sage d'une billette extrudée dépendra donc : (a) des propriétés de travail à chaud de la matière de rem- plissage et de la billette ; (b) de la forme initiale des trous; (c) des positions des trous dans la section transversale de la billette; et (d) du changement de la forme de la section transversale de la billette à l'extrusion.
Des procédés du type décrit peuvent être utilisés dans la fabrication de pièces métalliques qui peuvent être découpées pour former des aubes ou des ailettes fixesde turbines à gaz. De telles aubes ou ailettes atteignent des températures très élevées en fond- tionnement et peuvent devoir être refroidies. Un procédé de re- froidissement consiste à chasser de l'air à travers les passages que présentent ces aubes ou ailettes et, à cet effet, il se peut que des passages doivent être prévus de la base jusqu'à la pointe de l'aube ou de l'ailette, c'est-à-dire, suivant toute la portée de celles-ci. De tels passages devraient se trouver en des pointa prédéterminés de la section transversale et peuvent devoir différer les uns des autres quant à leur forme transversale.
C'est ainsi . que la section d'une aube ou d'une a.ilette, en travaillant despiè- ces présentant un ou plusieurs passages de très petite section transversale et de forme prédéterminée, qui ne peuvent pas être réalisés par usinage, et peut-être aussi un ou plusieurs passages de plus grande section transversale pour des raisons d'allègement, peut être réalisée comme expliqué ci-après.
Une billette ou ébauche est pourvue d'un certain nombre ne de trous axiaux, et remplie. Il est important que les trous/tra- versent pas toute la billette jusqu'à l'extrémité de tête de celle-
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ci, car sinon une certaine quantité de matière de remplissage jaillira vers l'avant durant l'extrusion et sera perdue. Ensuite, la billette est amenée jusqu'à la température d'extrusion, placée dans la chambre d'une presse à étirer, et mise en rotation de manière que les trous soient convenablement orientés par rapport à une matrice de section convenable (de préférence une section en forme d'aile, plutôt plus large que la section finale désirée).
La billette est alors extrudée avec lubrification extérieure pour assurer un écoulement régulier du métal à travers la matrice. La section extrudée contenant encore la matière de remplissage est laminée à chaud entre des cylindres appropriés pour réduire l'épais% seur, et elle est découpée en longueur; la matière de remplissage est ensuite enlevée.
L'extrusion de billettes creuses remplies peut également être appliquée à la production de tubes à épaisseur de paroi mince et de petit diamètre, et ce par extrusion directe en partant d'une billette creuse contenant la matière de remplissage. Un tel systè- me de tube est utilisé pour gainer des éléments chauffants élec- triques, et il est normalement obtenu par étirage d'un alliage de nickel-chrome, nickel-chrome-fer, ou autre, en dix à quinze passes d'étirage. En appliquant un procédé du type en question, il est possible de produire le tube en une seule phase d'extrusion, bien que si un tube très fin est désiré, il puisse être obtenu par réextrusion à travers une plus petite matrice sans enlèvement de la matière de remplissage. D'autres types de tubes peuvent également être réalisés par les procédés du type décrit.
Pour que l'on puisse exercer un contrôle très précis sur la forme et les dimensions des trous de l'objet fini, il est essen- tiel que la matière de remplissage ait une résistance à la défor- mation qui soit aussi proche que possible de celle du métal, car sinon les lignes d'écoulement de la matière, de remplissage ne suivraient pas celles du métal enveloppant. Si la matière de
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L'étendue de ces variations, Mesurée par exemple comme déviation par rapport à l'aire moyenne de la section transversale, augmentera avec la capacité de déforma- tion de la matière de remplissage.
Si la matière de remplissage est moins facilement déforma- ble que le métal, elle tendra à agir comme mandrin mobile lors de l'extrusion. Toute la matière de remplissage aura passé à travers la matrice avant que l'extrusion du métal ne soit achevée, et l'ex- trémité arrière de la section extrudée ne contiendra pas de matière de remplissage. En outre l'aire de la section transversale du trou formé sera irrégulière.
La demanderesse a trouvé qu'une quantité qui sera appelée "facteur de déformation possible" ne doit pas excéder une certaine - valeur pour assurer la réussite. Ce facteur est déterminé en pre- nant une billette ou ébauche cylindrique de 3 5/8 pouces de diam tre et de 6 pouces de long et en y forant un trou central de 3/4 de pouce de diamètre jusqu'à une profondeur de 5 pouces. Ce trou est alors rempli, et la billette remplie est extrudée sous des condi- tions assurant un écoulement régulier, avec un rapport d'extrusion de 6,25/1 pour donner un produit rectangulaire de 2 1/4 de pouces sur 3/4 de pouce, et de 30 à 33 pouces de long.
La réduction de l'aire de la section transversale à la fois du métal et de la ma- tière de remplissage après l'extrusion est prise au point milieu de la longueur de la matière de remplissage. Si le rapport de l'aire de la matière de remplissage avant l'extrusion à l'aire de la matière de remplissage après le traitement 1 chaud est R1, et si le rapport similaire des aires de métal est R2, le facteur de déformation possible ert alors R1/R2. Le facteur de déformation
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possible est donc une mesure de la déformation possible relative de la matière de remplissage et du métal sous les conditions d'ex- trusion.
Comme les déformations possibles du métal et de la matiè- re de remplissage peuvent varier à des allures différentes lorsque la température change, ce facteur peut dépendre de la température d'extrusion qui évidemment est choisie suivant le métal de la bil- lette ou ébauche.
La demanderesse a trouvé que si l'aire de la section transversale du trou rempli ne doit pas s'écarter, en un point quel- conque, de plus de 5% de l'aire moyenne, le facteur de déformation possible ne.devrait pas être supérieur à 1,20. Au-delà de cette - valeur, il y a un danger que de très petits trous soient totalement fermés en un ou plusieurs points le long de leur longueur.
La demanderesse a également trouvé que, lorsque la matière de remplissage est plus dure et moins déformable que le métal de la billette sous les conditions d'extrusion, le facteur de déforma- tion possible tombe un peu, s'il le faut, en dessous de 1. Cepen-, dant, la longueur sur laquelle le trou est d'uniformité adéquate en ce qui concerne sa section transversale est réduite, et il y a,. un déchet considérable, car les sections qui, ou bien ne contiennent pas de matière de remplissage, ou bien en contiennent de forme irrégulière et qui ainsi doivent être rejetées, sont longues.
Par conséquent, en choisissant une matière de remplissage, il est nécessaire, non seulement de considérer le facteur de défor- mation possible, mais encore un facteur qu'on appellera le facteur de récupération. Celui-ci est donné par la proportion de la lon- gueur totale du produit extrudé, sur laquelle le degré d'écart de l'aire du trou par rapport à l'aire moyenne sur cette longueur n'est pas supérieur à 5%.
Pour être satisfaisant, par conséquent la matière de rem- plissage' utilisée doit être telle que le facteur de déformation possible à la température d'extrusion ne soit pas de beaucoup su-
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périeur à l'unité et n'excède pas 1,20, et que le facteur de ,récu- pération suit au moins de 20% et, de préférence, d'au moins 50%.
La matière de remplissage doit également être une masse cohérente, c'est-à-dire, qu'elle doit avoir une résistance à la traction aussi bien qu'à la compression. De plus, la matière de remplissage doit évidemment être susceptible d'être enlevée de l'objet fini par des procédés qui sont inoffensifs pour le métal, par exemple, par une attaque chimique ou électro-chimique sélective.
Lorsque le métal de la billette ou ébauche est un alliage de nickel-chrome-ou de nickel-chrome-cobalt, et spécialement lors- qu'il contient un ou plusieurs constituants précipitables, tels que le titane et l'aluminium, on rencontre des difficultés à trouver une matière de remplissage convenable. La matière de remplissage idéale est elle-même un métal à cause de la facilité avec laquelle elle peut alors être façonnée.
Des facteurs permettant de déterminer l'intérêt - d'un métal comme matière de remplissage, en plus de ceux dont il a été question ci-avant, sont le coût et la facilité avec laquelle la matière de remplissage peut être enlevée de l'objet fini.
L'invention est basée sur la découverte que certains aciers au manganèse-titane ont des propriétés les rendant intéressants pour une utilisation comme matières de remplissage, spécialement dans des alliages résistants à la chaleur et au fluage, qui sont chauffés à l'usage jusqu'à 700 C ou plus et contiennent au moins 25% de nickelé chrome ou de nickel-chrome-cobalt. Les températures auxquelles ces alliages sont travaillés sont nécessairement élevées, et même à ces températures; les alliages sont difficiles à déformer. Naturelle- ment, la composition particulière de l'acier pour l'obtention de résultats satisfaisants varie avec l'alliage de la billette.
Suivant la présente invention, la matière de remplissage consiste en un acier au manganèse contenant de 1 à 10% de titane en plus de à 20% de manganèse. L'acier ne devrait pas contenir
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plus de 0,5% de carbone, et il peut contenir les impuretés et les constituants secondaires habituels de l'acier au manganèse.
Le manganèse et le titane sont utilisés tous deux comme agents de rigidité. Le manganèse seul ne donne pas la résistance nécessaire aux températures élevées. Si le titane était utilisé seul, une si grande quantité en serait nécessaire qu'on produirait un acier difficile à attaquer par des solutions aqueuses de 20 à 25,; d'acide nitrique avec ou sans autres acides minéraux,' par exem- ple, avec 1% d'acide chlorhydrique, aux températures allant de 85 C au point d'ébullition, ces solutions ayant été trouvées être des solutions d'attaque convenables. Par contre, l'utilisation à la fois de manganèse et de titane permet de satisfaire à tous les desiderata.
Si la teneur en manganèse est inférieure à 5%, il est nécessaire d'utiliser une si grande teneur en titane que l'acier sera rendu cassant et, par conséquent, difficile à amener.à la forme désirée de la matière de remplissage. Si la teneur en manga- nèse excède 20%, l'acier est difficile à couler en lingots sains et à façonner. De plus, la résistance aux hautes températures est alors insuffisante.
Si la teneur en titane est inférieure à 1%, l'acier est trop doux même avec la teneur maximum en manganèse. Si la teneur en titane excède 10%, l'acier devient trop difficile à être élimi. né du produit travaillé à chaud.
Comme on le sait, le titane a une affinité élevée pour le carbone, et du carbure de titane est formé comme phase dure dans les aciers suivant l'invention. Si la teneur en carbone excède
0,5%, une si grande quantité de cette phase est formée qu'elle rend l'acier cassant et difficile à travailler. En dessous de ce chif- fre, la teneur en carbone est utilisée comme moyen de contrôle de la rigidité de la matière de remplissage par rapport à celui de la billette.
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Les aciers préférés suivant l'invention contiennent de 2 à 3,. de titane, de 8 à 12% de manganèse, et pas plus de 0,3o de carbone, ces aciers étant les plus facilement travaillables et montrant les facteurs de déformation possible et de récupération spécialement appropriés aux alliages dont il a été question précé- demment .
A titre d'exemple, les gammes de compositions de certains alliages de nickel actuellement très utilisés comprennent 18 à 21% de chrome, 15 à 21% de cobalt, 1,8 à 2,7% de titane, 0,8 à 1,8% d'aluminium, 0 à 0,10% de carbone, 0 à 1,0% de manganèse, 0 à 1,5% de silicium, 0 à 5% de fer, et le restant de nickel, sauf en ce qui concerne des désoxydants résiduaires, tels que magnésium et calcium, et des impuretés. Une matière de remplissage destinée à l'utilisa- tion avec de tels alliages peut contenir 10% de manganèse, 2% de titane, et 0,19% de carbone, le restant étant du fer.
On a trouvé que cette matière de remplissage permet l'obtention de trous prati- quement uniformes de petit diamètre dans de grandes longueurs d'ailettes de turbines, et qu'elle peut également être aisément enlevée après extrusion ou autre traitement à chaud, par dissolu- tion dans un mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique, qui n'attaque pas l'alliage à base'de nickel-chrome. Lorsque cette matière de remplissage était utilisée dans un de ces alliages, le facteur de déformation possible était de 1,0, et le facteur de ré- cupération était d'environ 62%. Lorsque la teneur en carbone de la matière de remplissage était réduite à 0,10%, le facteur de dé- formation possible s'élevait à 1,04, et le facteur de récupération tombait à 55%.
Si la teneur en titane est augmentée, la capacité d'étirage à froid de la matière de remplissage est dimihuée et,en même temps, le facteur de déformation possible est augmenté. C'est ainsi que,, lorsqu'elle était utilisée avec le même alliage, une matière de remplissage contenant environ 87% de fer, 10% de manganèse, 3% de
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titane et 0,06% de carbone donnait un facteur de déformation possi- ble de 111 et un facteur de récupération de 67%. Les deux facteurs étaient pratiquement les mêmes lorsque la teneur en titane de la matière de remplissage était élevée d'abord à 4% et ensuite à 5% au détriment de la teneur en fer.
Un autre alliage couramment utilisé à cause de ses proprié- tés de résistance au fluage contient 20% de chrome, 0,3% de titane, 0,1% d'aluminium, 0,1% de carbone, et le restant de nickel. Une billette ou ébauche d'un tel alliage était remplie d'une matière de remplissage contenant environ 88% de fer, 10% de manganèse, 2% de titane et 0,08% de carbone. Le facteur de déformation possible était de 1,06 et le facteur de récupération était de 67%.
Un autre alliage couramment utilisé encore contient.20% de chrome, 16% de cobalt, 0,1% de carbone, 2,8% de titane et 1,8% d'aluminium, le restant étant du nickel. La matière de remplissage contenant environ 88% de fer, .10% de.manganèse, 2% de titane et 09081,,eu de carbone est trop molle pour être utilisée dans un tel al- liage, car, bien qu'elle donne un facteur de déformation possible de 1,18, l'écart à partir de l'aire de la section transversale moyenne était de plus de 5% sur la longueur totale. Pour convenir à l'utilisation dans une billette de cet alliage, la matière de remplissage devrait avoir une teneur supérieure en carbone, par exemple 0,2%.
Dans tous les exemples donnés, la température d'extrusion était de 1180 C.
REVENDICATIONS
1. Acier au manganèse contenant de 1 à 10% de titane, de 5 à 20% de manganèse et pas plus de 0,5% de carbone, le restant étant du fer avec ou sans les impuretés et les constituants secon- daires habituels de l'acier au manganèse.