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La présente intention a. pour objet un procédé d'obtention, de pistes constituées par deux ou plusieurs métaux différents.
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pour de nombreuses 1.rtili3tion9 on reCllel'oc0 la production de
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pièces métalliques constituées essentiellement par un premier métal
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et -"8vêtueG sur l'une de leurs faces ou sur toute leur surface dune oouuhe re1'3.1;i yament Mince dfU11. autre lilétal présentant des cO.::-8.ctéris.. tiques particulières oo::ue> par exemple, la résistance à l'oxydation, Le anrz:e problème se },)O::'tJ pour des pièces qui doivent présenter des propriétés M50'.oj ::1.1J.es de surface différentes de celles de l'intérieur.
Aussi de loi eu, proc4d6s ont été proposés pour obtenir des produits ooülpoai te"! comportant den couches successives de deux ou pJ.ll't'37J.r8 môtrtux.. en. particulier de deux qualités d'acier différentes* 0)': ç., )R.r exemple proposa, pour obtenir des tôles Duplex., de laminer
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ensable deux tôles de nature différente après les avoir traitées au cours d'opérations complexes de décapage. La plupart de ces procèdes
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se sont heurtés à la difficulté de réaliser régulièrement une cohé- sion convenable entre les deux métaux; cette difficulté provient principalement de l'interposition entre les couches métalliques, lors de la fabrication des pièces ai@ i assemblées, de composés non métal- liques tels que les oxydes des métaux .considérés.
En outre ces procé- dés d'obtention de produits Duplex sont chers, eu égard à l'insuffi- sance des résultat. obtenus.
Dans le domaine de la soudure on réalise l'apport d'une goutte- lette de métal liquide sous un flux sur une masse métallique locale- ment liquéfiée et lton obtient une bonne adhérence après refroidisse- ment entre le métal ainsi apporte et' le métal de base. Mais il ne stagit là que d'un phénomène local. Bien que l'on ait mis au point des dispositifs qui permettent d'assurer des soudures de plusieurs centimètres d'épaisseur, ce procède ntest applicable pratiquement qu'en des points licites ou le long de lignes déterminées, telles que la ligne qui permet la liaison rigide et sans discontinuité mé- tallique de deux tôles placées bout, % bout.
Toutefois on n'a pas ob- tenu par de telles méthodes la parfaite adhérence de deux tôles, placées l'une sur l'autre, par tous les points des surfaces mises en regard, pour résoudre ce problème on a proposé d'autres procédés, par exemple de disposer, entre les deux pièces à faire adhérer entre elles et sur toute la surface par laquelle on cherche l'adhérence, un al- liage de brasure et de placer l'ensemble sous presse dans un four sous vide où se produisent la fusion de la couche intermédiaire et son adhérence avec les deux pièces de base. irais ce procédé employant le vide à chaud n'est applicable qu'à des pièces de dimensions limi- tées; de plus, il exige l'interposition d'un troisième métal qui doit se lier aux deux métaux que l'on veut réunir.
La présente invention remédie aux insuffisances des procédés rappelés ci-dessus. Elle a pour objet la fabrication de pièces métal- liques composites avec obtention d'une adhérence parfaite, par tous les points de la surface de contaet désirée, entre les couches métal-
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liques en regard.
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Le procidd objet de l'invention consiste essentiellement à couler dans un bain de laitier liquide fortement surchauffa dans le- quel se trouve une masse métallique chaude, solide ou liquide, un étal liquide de nature différente qui prend progressivement la pla- ce du laitier dans le récipient contenant ce dernier, et vient .au
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contact de la r: =ae métallique, puis à laisser se solidifier l'ensem- ,ble, de préférence sous une couche de laitier.
Les laitiers mis en oeuvre sont, de préférence, ceux qui ont été décrits dans la demande de brevet belge du 2 juillet 1956, ou
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dans la demande de brevet de perfectionnement du 10 juillet 1956. re- latives , un. procédé' pour l'obtention de lingots zut surface lisse et d'une grande propreté :üarogr7.niyae, En particulier, ila doivent, à la température d'emploi, être très fluides et posséder une tension interfaciale élevée avec les métaux que l'on y coule. Lors de leur :rise en oeuvre, ils doivent être surchauffes nettement au-dessus de la température de fusion des métaux qu'on désire y couler.
La ruasse métallique qui se trouve dans le bain peut résulter
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de la ocu16e préalable d'un premier métal 8. travers le laitier; elle peut, en outre, s'y être solidifiée; elle peut aussi avoir été intro-
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duite rot l'état -:01ide dans le yooipient contenant le laitier.
Elle peut elle-:lê!l16 être ::l3jà composite, ce qui pe-rmettre. par exemple d'obtenir une pièce 001<1po.::;6e de trois ou plusieurs couches successives.
Le récipient peut être une lingotière et le produit obtenu dans
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ce cas sera un lingot composé de deux ou plusieurs couches constitue-- ces respectivement chacune par un métal différent.
Dans ce qui va suivre et pour simplifier la rédaction on s'ex- primera généralement coiffe s'il ne s'agissait que de deux métaux.
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La demanderesse "a constate que, dans une telle opération de coulée effectuée sous la protection permanente du laitier, les sur- faces respectives des deux totaux sont aises et restent au contact s de l'autre sans qu'il y ait interposition à aucun moment de
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couches d'oxydes ou d'autres composés non métalliques .qui suppose- raient à une bonne adhérence des deux métaux.. ces différentes impu- retés sont, en effet, dissoutes par le laitier environnant;
ce der- nier, par suite de sa faible densité, monte au-dessus du ou des mé- taux liquides ou solides et peut s'accumuler au sommet de la lingo- tière ou se déverser partiellement; l'opération ainsi exécutée con- duit à un contact parfait entre les deux masses métalliques pendant 'leur refroidissement et la solidification des parties liquides, pour permettre le contact entre les surfaces en regard des deux métaux, il est évidemment indispensable d'éviter la formation d'une couche de laitier solide sur la surface de la masse métallique présente dans le bain, pour cela, la température de cette masse mé- tallique sera, au moment de la coulée du métal liquide, suffisante pour que le laitier ne fige pas à son contact et n'adhère pas à sa surface.
Dans certains modes d'application de l'invention, la masse mé- tallique présente dans le bain est, pour la plus grande partie au moins, liquide au moment de la coulée de l'autre métal. Dans ce cas, pour que les deux couohes, qui constituent la pièce métallique défi- nitive, conservent leur individualité, et que la zone de transition 'par laquelle elles adhèrent entre elles, soit mince, il faut se sou- mettre à certaines obligations dans le choix des métaux ainsi mis en contact et dans la façon de procéder, par exemple, on devra choisir des métaux non miscibles entre eux, et qui se séparent rapidement et complètement l'un de l'autre. Il sera préférable qu'ils aient des densités nettement différentes, et que le plus léger soit coulé en dernier.
Il faudra aussi maintenir liquide la couche supérieure jus- qu'à solidification pratiquement totale de la couche inférieure,
Dans de nombreux modes d'application de l'invention la surface de la masse métallique présente dans 'le bain est solide au moment o ù l'autre métal arrive liquide à son contact. La température de coulée de ce métal sera alors choisie suffisamment élevée pour provoquer une bonne adhérence entre les métaux. Si le métal qui constitue la masse
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Métallique solide a une température de fusion supérieure à celle du métal liquide, il n'est pas indispensable de surchauffer celui-ci au-dessus de la température de fusion de la masse Métallique solide; celle-ci devra cependant être à une température peu éloignée de sa température de fusion.
Le maintien à une température suffisante ou le surchauffais du laitier qui recouvre le ou les métaux coulés liquides pendant 'leur refroidisaement et leur solidification obligent souvent à appor- ter de la chaleur dans la masse du laitier. Comme il a été indiqué dans la demande de brevet belge du 19 juillet 1956 qui a pour objet l'obtention de linguts présentant une très faible retassure, cet ap- port de chaleur peut être obtenu par' introduction, dans le laitier de produits thermogènes, par exemple d'aluminium ou de silicium en grains, ajoutés à intervalles réguliers en même temps que des oxydes de fer ou de manganèse.
On peut aussi utiliser d'autres procédés tels que l'arc électrique forme entre le laitier où l'on a introduit une électrode et une seconde électrode plaças @n peu en-dessus de la sur- face du laitier, ou bien la résistance électrique du laitier en y faisant plonger deux ou plusieurs électrodes relises à une source de courant monophasée ou triphasée ou bien le chauffage du laitier par une flamme dirige vers sa @@rface. plusieurs modes opératoires peuvent être mis en oeuvre pour l'application de la présente invention.
Ils permettent, par exemple, d'obtenir des lingots de forme plate constituas par deux ou plusieurs couches de métaux différents; de tels lingots peuvent être directe- ment laminés en tôles et donnent alors naissance à des tôles composi- tes, par le même mode opératoire, on peut obtenir des pièces plates constituées de deux ou plusieurs métaux superposa. D'autres anodes opératoires permettent d'obtenir des lingots de forme habituelle com- portant une âme constituée par un métal et un enrobement constitué par un autre métal. D'autres encore peuvent conduire à des pièces constituées d'un noyau métallique enveloppé par un autre métal.
Un mode particulièrement intéressant de mise en oeuvre du pro-
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codé concerne l'obtention de lingots plats composites et consiste à amener le second métal à l'état liquide au contact d'un lingot plat du premier métal déjà coulé et solidifié dans la même lingotière.
Le procédé d'obtention de lingots d'acier calmé de forme plate ou dont la hauteur est faible vis-a-vis des autres dimensions, dé- crit dans la demande de brevet française du 22 septembre 1955, em- ploie une lingotière qui conduit à des lingots plats susceptibles .d'être directement lapines en tôles, pour obtenir, grâce au procédé objet de la présente demande, des lingots plats composites on utili- se une lingotière semblable à la précédente, de grande surface et de faible hauteur, où l'on verse un laitier fortement surchauffé tel que défini plus haut. La lingotière est munie d'un bec permettant l'évacuation du trop plein éventuel de laitier liquide. On y verse @ immédiatement après le laitier, et à travers celui-ci, un métal li- quide qu'on laisse se solidifier.
La quantité de métal versée cor- respond à l'épaisseur désirée de .ce métal dans le lingot final. Dès que la solidification du métal est pratiquement terminée, on coule, à travers le laitier restant, éventuellement réchauffé, un autre mé- @ tal liquide en laissant, de préférence, 'au-dessus de lui une couche de laitier. Au fur et à mesure de son versement, ce métal liquide remplace un volume correspondant de laitier qui s'évacue, s'il y a lieu, par le bec de la lingotière, On laisse refroidir, puis se so- lidifier ce deuxième métal. Si, comme pour la première couche, on prend la précaution de maintenir liquide, au contact du métal, une couche suffisante de laitier, on obtient un lingot plat .composite qui ne présente le phénomène de retassure pour aucune de ses deux couches.
En répétant le procédé sur le lingot composite qui vient l'être décrit, on pourra, comme prévu ci-dessus, obtenir un lingot composé de trois ou plusieurs couches successives.
Dans une telle mise en oeuvre, le choix du moment où doit se faire la coulée du second {.,étal n'est pas indifférent, couler le se- cond métal avant que le premier soit solidifié totalement ou prati - -
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quement totalement reviendrait à couler oe métal au contact d'une masse liquide et entraînerait les restrictions et obligations que l'on a exposées plus haut.
Attendre trop longtemps après la solidification du métal pré- cédent entraînerait des pertes de temps, une consommation supplémen- taire d'énergie pour maintenir liquide le laitier recouvrant le mé- tal et, dans certains cas, pourrait rendre imparfaite l'adhérence .entre les couches.
Chaque métal est donc coulé lorsque la solidification du métal précédent est sur le point de s'achever ou vient de s'achever. Le repérage de oe moment peut être effectué soit par des expériences- préalables effectuées dans chaque)'cas particulier, soit par un sys- tème de sondage périodique quelconque.
On pourra, par exemple, pour déterminer le niveau supérieur dumétal liquide, utiliser le procédé décrit dans la demande de brevet belge du 20 juillet 1956 qui a pour objet un procédé et un dispositif permettant de régler d'une façon précise le versement du métal dans une lingotière contenant du'lai- tier.
on pourra, d'autre part, suivre sa solidification par sondages périodiques au moyen d'une baguette réfraotaire enfonoée , travers le laitier et le métal liquides. pour l'obtention des lingots plats décrits ci-dessus, la cou- lée des couohes successives sous laitier peut se faire par tout pro- cédé connu, mais il est utile de prendredes précautions lors du ver- se,tient des métaux successifs pour que le métal versé en second ne provoque pas, à son point d'impact avec la couche précédente à peine solidifiée, un affouillement qui entraînerait des irrégularités dans l'épaisseur des couches successives, pour éviter cet affouillement, on peut mettre en oeuvre tout dispositif connu permettant d'amortir le jet de ooulée et de répartir, lentement et régulièrement,
le métal liquide sur la couche solide précédente. On peut, par exemple, munir la lingotière plate d'un amortisseur de coulée disposé sur un de ses côtés. et d'un seuil horizontal protégeant le métal déjà coulé du - courant liquide s'écoulant de l'amortisseur vers la lingotière et ré-
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partissant ce courant.. L'amortisseur de coulée est alors rempli de laitier et la coulée du second métal se fait par l'intermédiaire de l'amortisseur à travers le laitier liquide qui y a été versé.
On peut aussi, en employant une lingotière rectangulaire;. promener la poche qui contient le second métal liquide, au-dessus de la lingo- tière de façon à ce que le jet du second métal ne tombe pas en tota- lité au même point du laitier,
Le mode opératoire que l'on vient de décrire permet aussi d'ob- tenir des pièces plates recouvertes dans le moule où elles ont été coulées et sous une couche de laitier liquide d'une couche plus ou moins épaisse d'un autre métal : l'adhérence entre,les deux métaux est parfaite.
Un autre mode opératoire intéressant permet l'obtention de pièces ou de lingots composites sans entraîner l'obligation de la coulée successive des métaux. Dans ce mode opératoire, on place dans un moule ou dans une lingotière une pièce métallique ou un lingot préalablement chauffas une température suffisante pour que, ulté- rieurement, le laitier ne fige pas à son contact. Dès mise en place de cette pièce solide on-verse dans le moule ou la lingotière un lai- tier fortement surchauffé tel que défini ci-dessus, de façon à ce qu'au moins il recouvre la pièce métallique solide.
Dès achèvement de ce versement de laitier, on coule dans le moule ou la lingotière à travers le laitier le second métal désiré, en prenant la précau- tion de laisser au-dessus de lui une couche suffisante de laitier; ce métal remplace un volume correspondant de laitier qui, s'il y a lieu, est évacué en partie, grâce au bec dont le moule ou la lingo- tière ont été munis. On laisse refroidir et solidifierle métal cou- lé; on maintient liquide à son contact jusqu'à sa solidification une couche de laitier, si du moins l'on désire obtenir une pièce non seu- lement composite mais aussi sans retassure.
La pièce solide placée dans une lingotière peut être un lingot, non encore complètement refroidi, que l'on vient de démouler d'une lingotière plus petite.
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Le lingot utilisé dans un tel mode opératoire peut avoir été coulé antérieurement dans une petite lingotière; il peut, une fois placé dans la grande lingotière où se fera la coulée,du second métal, avoir sa grande base en bas ou en haut.
Dans des modes opératoires très voisins, on-place dans une grar.de lingotière une petite lingotière, à parole minces de préfé- rence, avec sa grande base en bas; on coule dans cette petite lingo- tière un premier métal; dès le début de solidification de celui-ci, c'est-à-dire quelques dizaines de secondes après la fin de coulée, on enlevé la petite lingotière, on verse dans la grande lingotière du laitier liquide jusqu'à ce que l'on ait au mons recouvert le petit lingot et immédiatement après on coule le second métal.
Dans une variante d'un tel Mode opératoire on peut enfin, après avoir coule le premier saisi dans la petite lingotière, 'couler le laitier dans la grande lingotière, puis immédiatement après enlever la petite lingotière et couler le second métal.
Donc, en choisissant le mode opératoire, la forme et les dimen- sions respectives du inouïe ou de la lingotière et de la pièce ou du lingot solides utilisas, et suivait la'façon dont on les place, l'un par rapport à l'autre, on peut obtenir des pièces ou des lingots cons- titués d'une âme recouverte sur certaines de leurs faces ou sur toute . leur surface d'un second métal. par exemple, le premier lingot,' de section inférieure à celle de la lingotière où se fera la coulée du-second métal, peut avoir une longueur égale à celle du lingot final ou différente de celle-ci;
il peut être posé sur le fond de la lingotière ou maintenu suspendu jus- qu'à la solidification du deuxième métal; on recouvre alors du second métal uniquement la surface latérale¯ ou toute la surface du premier métal.
L'examen des. pièces ou lingots composites obtenus Montre qu'il existe en général une couche de transition entre deux nuances adjaoen- tes. Dans le cas où l'un des métaux est solide au moment où l'on amené l'autre métal, liquide, à son contact, cette couche est obtenue par
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mélange avec le métal liquide, d'une mince couche du métal solide liquéfiée , son contact. Dans le cas de certains modes opératoires, tels que celui, décrit plus haut, qui permet d'obtenir des lingots plats composites par coulées suscessives de deux ou plusieurs métaux liquides, la couche de transition peut. résulter du mélange du second métal liquide avec une faible couche du métal précédent restée liqui- de ou reliquéfiée.
Quand elle existe, cette couche de transition est, 'si le procède' est correctement mis en oeuvre, d'épaisseur limitée.
Il n'y a pas à craindre que les propriétés de l'une des couches soient modifiée? par la présence de la ou des couches adjacentes. En particulier, et à titre d'exemple, il n'est pas à craindre que dans un produit composite constitué d'une couche d'acier doux et d'une couche d'acier inoxydable du type 18 % de Cr, 8 % de ni on voie s'é- tablir dans la couche d'inoxydable un gradient notable de la teneur en or de sa surface extérieure vers sa surface en contact avec l'a- cier doux. cette couche de transition peut même être extrêmement ré- duite si l'on coule un métal à bas point de fusion sur un autre Létal , point de fusion plus élevé, dont la surface est déjà totalement so- lidifiée.
Les couches métalliques successives coulées suivant la présente -invention adhèrent parfaitement l'une à l'autre, Les lingots ou pièces . obtenues peuvent subir la plupart des opérations de-façonnage, telles que le laminage, sans que l'on observe une rupture le long de la sur- face qui limite deux couches successives.
Les exemples d'exécution suivants ont trait à des cas particu- liers de mise en oeuvre du procédé. , EXEMPLE 1.-
On a utilisé une lingotière rectangulaire de dimensions 1,800 m x 0,350 m et de hauteur 30 cm, Cette lingotière représentée à la fi- gure 1 en plan et à la figure 2 en coupe suivant la l'inné X - Y de la figure 1, comportait à son pied un petit coté A vertioal, l'autre pe- tit coté B, à la tête, étant incliné. Un bec D par lequel s'écoulait le trop-plein du laitier était placé sur-un grand côté au voisinage
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du p'-Git octé 'tïâv'!=i. B.
Près de .sa lirl' de :ro()orde!!1e:!1t Fi ,,::Tee le petit cote i11<Jli1.l(j le fond. de la lingotière ;Oal:ßCtß'tc"iJ.'G un seuil ci, ¯1.4::ra'ß; parallèlement à la 11;;'"!8 p de 1'].ocord.e,;1ent dont la hauteur #'t.'.' ''sie: \ la hauteur de la o " -110 i.::^j ,,'F de la première -L'J.;?.1:.0 jl0i0, s rjoit dans le cas actuel s ou . L partie de la l:.ï.,ï='11:J.."E'
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Zitl1d6 . jjti" #' -. '#' -seuil S //#>:# les figures constituait un amortis- .3 sur de ctn , ..,:¯ it'; yovr .l'obtention des lingots (;1'1F.'.",i:l :>, jett #'. ":>?'o t\t corj. il:'positif rmortis-seur ont d'abord 6t'5 :eclt!11)lt;¯: ¯. ' '<. :1.t.) de O..ip0.:!iti0ïl :
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0 >#' ("l:>l.1ij\-: oouH dans lu lingotierc, iiuu.fdiatemen.t après 1? lltje'r, une quantité de 100 kg d.1' ,:der doux a 17 fi de 0'. AU. 'w011ij de ..¯: înrrfees on a verss l:6"\:e l'l:Ti;&T.-'..j.a.ire de l'::.;.ioTti3seuT -de cou- Ije, a ' fct-à-lîrs en o3 500 kg d'acier ...oiir: crdiaire.
On a. lK:i.3.3'/; ro.7roi-lii* :j'u.Q''j!, solidifie-? ti on coaplète, on. s. p-insi obtenu ua lin- io :::u;.o.¯; de -Jetix. coohe.-.; parfaitement scdes, l'une d'acier do\r "v= Ci' #;:!."/,--=;:-# ci.'?;:3 o.T l 'autres 'j.'acier doux ordinaire 9p?.i3He de 10 o,, tî':f;-''?-ïi i-iJotouaopiqtîe d'une coupe du lingot 3- t -4 Irs d-jiî---. o''-.' do .ttl adhrient parfaitement entre elles p-r 1 '!#.:-- ïv?-/-iolï>& j.'vn'j aone d transition dont l'épaisseur était iaf(5xleu- -.efa .u/.Jo t :,:"-!:1(m eb I33 opérations de façonnage que l'on a f r.l rjuoir- ti-.t lingot o.'.t ci-ue, lladl11'enot3 entre les deux coi;.cii'"j ti''; jiartoAte, On (;(;1;11Ô rn source j 6.;j;(13 "une lingot à ère à grande bc.3- en o-od, SO'.) ' .r*-:wi2- doux de G0.;tpoeitj.os :
- 0 .......... 0, 058 % Si 3.......... 0,350 1 - 1-Ji #..,#., ":.:ll5
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Trois minutes après la fi"i de ln, coulée de l'acier doux, Ta lingotière a été enlevée et l'on a mis en place autour du lingot une lingotière de 1.000 kg.
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Un laitier de compositio-- - Chaux ........ 53 fo - Alw-i " ...... C3 Sii.',; 7,8 )> or.:..- -o fer . 12 lorsrtéVe1'3 dans la lingotière de 1.00 kg à la température de 1.730 0. Aussitôt api-71a, soit 3 minutes cprès la fin de la coulée de l'acier dour, on'a cel en travers le laitier 500 kg d'auier au chrome ayant la composition suivante :
- ............ 0,08 %
Si ........... 0,53 % - Ma ........... 0,43 %
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- o 16,7 i
Après refroidi aèrent, on a obtenu un lingot constitué par deux couches parfaitement coudées qui a pu être laminé sans que 'ou
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4 constate de dûcolleuleat 8:Jtre les couches.
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The present intention a. for object a process for obtaining tracks formed by two or more different metals.
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for many 1.rtili3tion9 we reCllel'oc0 the production of
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metal parts consisting essentially of a first metal
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and - "8cladG on one of their faces or on their entire surface with an ouuhe re1'3.1; i yament Thin dfU11. other lilétal presenting particular cO.::-8.ctéris .. ticks oo :: ue> for example , resistance to oxidation, The anrz: th problem is},) O :: 'tJ for parts which must have surface properties M50'.oj :: 1.1J.es different from those of the interior.
Also by law, procedures have been proposed to obtain ooülpoai te "! Products comprising successive layers of two or pJ.ll't'37J.r8 môtrtux .. in particular of two different steel qualities * 0) ' : ç.,) Rr example proposed, to obtain Duplex sheets., to laminate
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sand two sheets of different nature after having treated them during complex stripping operations. Most of these procedures
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encountered the difficulty of regularly achieving a suitable cohesion between the two metals; this difficulty arises mainly from the interposition between the metallic layers, during the manufacture of the assembled parts, of non-metallic compounds such as the oxides of the metals considered.
In addition, these processes for obtaining Duplex products are expensive, having regard to the insufficient results. obtained.
In the field of welding, a droplet of liquid metal is added under a flow onto a locally liquefied metal mass and good adhesion is obtained after cooling between the metal thus supplied and the metal. basic. But it only stems from a local phenomenon. Although devices have been developed which make it possible to ensure welds several centimeters thick, this procedure is practically applicable only at lawful points or along specific lines, such as the line which allows the rigid connection without metallic discontinuity of two sheets placed end,% end.
However, we have not obtained by such methods the perfect adhesion of two sheets, placed one on the other, by all the points of the opposite surfaces, to solve this problem other methods have been proposed. , for example to place, between the two parts to be made to adhere to each other and over the entire surface by which adhesion is sought, a solder alloy and to place the assembly under a press in a vacuum oven where the fusion of the intermediate layer and its adhesion with the two base pieces. However, this process using hot vacuum is only applicable to parts of limited dimensions; moreover, it requires the interposition of a third metal which must bind to the two metals which one wishes to join together.
The present invention overcomes the shortcomings of the methods recalled above. Its object is the manufacture of composite metal parts with obtaining a perfect adhesion, by all points of the desired contact surface, between the metal layers.
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liques opposite.
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The process which is the subject of the invention consists essentially in pouring into a bath of strongly superheated liquid slag in which there is a hot metal mass, solid or liquid, a liquid slag of a different nature which gradually takes the place of the slag in the container containing the latter, and comes to.
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contact of the r: = ae metal, then to allow the whole to solidify, preferably under a layer of slag.
The slags used are preferably those which have been described in the Belgian patent application of July 2, 1956, or
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in the patent application for improvement of July 10, 1956. relating, un. process' for obtaining ingots with a smooth surface and great cleanliness: üarogr7.niyae, In particular, they must, at the temperature of use, be very fluid and have a high interfacial tension with the metals that the we sink there. During their: implementation, they must be superheated significantly above the melting temperature of the metals that it is desired to flow therein.
The metallic ruasse which is in the bath can result
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the preliminary ocu16e of a first metal 8. through the slag; it may, moreover, be solidified there; it may also have been intro-
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pick burp state -: 01ide in the yooipient containing the slag.
It can be :: l3jà composite, which allows. for example to obtain a part 001 <1in. ::; 6th of three or more successive layers.
The container may be an ingot mold and the product obtained in
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this case will be an ingot composed of two or more layers, each respectively constituting a different metal.
In what follows and to simplify the wording, we will generally use the term “cap” if it concerns only two metals.
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The Applicant "has observed that, in such a casting operation carried out under the permanent protection of the slag, the respective surfaces of the two totals are comfortable and remain in contact with each other without any interposition at any time. of
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layers of oxides or other non-metallic compounds. which would suppose good adhesion of the two metals. these different impurities are, in fact, dissolved by the surrounding slag;
the latter, due to its low density, rises above the liquid or solid metal (s) and can accumulate at the top of the mold or partially discharge; the operation thus performed leads to perfect contact between the two metallic masses during their cooling and the solidification of the liquid parts, to allow contact between the facing surfaces of the two metals, it is obviously essential to avoid the formation a layer of solid slag on the surface of the metallic mass present in the bath, for this, the temperature of this metallic mass will be, at the time of the pouring of the liquid metal, sufficient so that the slag does not solidify at contact and does not adhere to its surface.
In certain embodiments of the invention, the metal mass present in the bath is, for the most part at least, liquid when the other metal is poured. In this case, so that the two coohes, which constitute the final metal part, retain their individuality, and that the transition zone 'by which they adhere to each other, is thin, it is necessary to submit to certain obligations in the choice of metals thus brought into contact and in the way of proceeding, for example, one will have to choose metals which are immiscible with one another, and which separate rapidly and completely from one another. It will be preferable that they have markedly different densities, and that the lightest is cast last.
The upper layer should also be kept liquid until practically total solidification of the lower layer,
In many embodiments of the invention the surface of the metal mass present in the bath is solid when the other metal comes into contact with it liquid. The casting temperature of this metal will then be chosen high enough to cause good adhesion between the metals. If the metal which constitutes the mass
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Solid metal has a higher melting point than liquid metal, it is not essential to overheat the latter above the melting point of the solid metal mass; the latter must however be at a temperature which is not far from its melting point.
Maintaining a sufficient temperature or overheating the slag which covers the liquid cast metal (s) during their cooling and solidification often requires heat to be added to the bulk of the slag. As was indicated in the Belgian patent application of July 19, 1956, the object of which is to obtain linguts having a very low shrinkage, this heat input can be obtained by introducing thermogenic products into the slag, for example aluminum or silicon grains, added at regular intervals at the same time as oxides of iron or manganese.
It is also possible to use other methods such as the electric arc formed between the slag where an electrode and a second electrode have been introduced, placed a little above the surface of the slag, or else the electric resistance. slag by immersing therein two or more electrodes connected to a single-phase or three-phase current source or else the heating of the slag by a flame directed towards its face. several procedures can be implemented for the application of the present invention.
They allow, for example, to obtain ingots of flat form constituted by two or more layers of different metals; such ingots can be directly rolled into sheets and then give rise to composite sheets, by the same procedure, it is possible to obtain flat pieces made up of two or more superimposed metals. Other operating anodes make it possible to obtain ingots of the usual shape comprising a core constituted by a metal and a coating constituted by another metal. Still others can lead to parts made of a metal core enveloped by another metal.
A particularly interesting mode of implementation of the pro
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coded concerns the production of flat composite ingots and consists in bringing the second metal in the liquid state into contact with a flat ingot of the first metal already cast and solidified in the same ingot mold.
The process for obtaining calmed steel ingots of flat shape or whose height is low compared to other dimensions, described in the French patent application of September 22, 1955, uses an ingot mold which leads to flat ingots capable of being directly made of sheet metal, in order to obtain, by virtue of the process which is the subject of the present application, flat composite ingots, an ingot mold similar to the preceding one, of large surface area and of low height, is used. a strongly superheated slag as defined above is poured. The ingot mold is provided with a spout allowing the evacuation of any overflow of liquid slag. Immediately after the slag, and through it, a liquid metal is poured into it and allowed to solidify.
The amount of metal poured in corresponds to the desired thickness of that metal in the final ingot. As soon as the solidification of the metal is substantially complete, another liquid metal is poured through the remaining, possibly reheated slag, preferably leaving a layer of slag above it. As it is poured in, this liquid metal replaces a corresponding volume of slag which is evacuated, if necessary, through the mouth of the ingot mold. This second metal is allowed to cool and then solidify. If, as for the first layer, the precaution is taken of maintaining a sufficient layer of slag in contact with the metal, a flat composite ingot is obtained which does not exhibit the phenomenon of shrinkage for either of its two layers.
By repeating the process on the composite ingot which has just been described, it is possible, as provided above, to obtain an ingot composed of three or more successive layers.
In such an implementation, the choice of the moment when the second metal should be poured is not irrelevant, the second metal should be poured before the first is totally solidified or practically.
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Quite completely would amount to casting oe metal in contact with a liquid mass and would entail the restrictions and obligations which have been explained above.
Waiting too long after the previous metal has solidified would result in wasted time, additional energy consumption to keep the slag covering the metal liquid, and in some cases could make the bond between them imperfect. layers.
Each metal is therefore cast when the solidification of the preceding metal is about to be completed or has just ended. The registration of this moment can be carried out either by previous experiments carried out in each particular case, or by some system of periodic sounding.
For example, to determine the upper level of the liquid metal, it is possible to use the method described in the Belgian patent application of July 20, 1956, which relates to a method and a device making it possible to precisely regulate the pouring of metal into an ingot mold containing the mold.
on the other hand, it is possible to follow its solidification by periodic soundings by means of a buried refraotary rod, through the liquid slag and metal. in order to obtain the flat ingots described above, the casting of the successive couohes in slag can be done by any known process, but it is useful to take precautions during the pouring, hold successive metals so that the metal poured second does not cause, at its point of impact with the barely solidified previous layer, a scour which would cause irregularities in the thickness of the successive layers, to avoid this scour, any known device can be used allowing to absorb the jet of flow and to distribute, slowly and regularly,
the liquid metal on the previous solid layer. It is possible, for example, to provide the flat mold with a casting damper arranged on one of its sides. and a horizontal threshold protecting the metal already poured from the liquid stream flowing from the damper to the mold and re-
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leaving this current. The casting damper is then filled with slag and the casting of the second metal takes place through the damper through the liquid slag which has been poured into it.
It is also possible, by using a rectangular mold ;. move the pocket which contains the second liquid metal, over the mold so that the jet of the second metal does not fall entirely at the same point of the slag,
The procedure which has just been described also makes it possible to obtain flat parts covered in the mold where they have been cast and under a layer of liquid slag with a more or less thick layer of another metal: the adhesion between the two metals is perfect.
Another advantageous procedure allows the production of composite parts or ingots without entailing the obligation of successive casting of metals. In this procedure, a metal part or an ingot is placed in a mold or an ingot mold beforehand, heated to a temperature sufficient so that, subsequently, the slag does not solidify on contact. As soon as this solid part has been placed, a highly superheated slag as defined above is poured into the mold or the mold, so that at least it covers the solid metal part.
As soon as this pouring of slag has been completed, the second desired metal is poured into the mold or mold through the slag, taking care to leave a sufficient layer of slag above it; this metal replaces a corresponding volume of slag which, if necessary, is partly discharged, thanks to the nozzle with which the mold or the mold have been fitted. The cast metal is allowed to cool and solidify; a layer of slag is kept liquid in contact with it until it solidifies, if at least one wishes to obtain a part which is not only composite but also without shrinkage.
The solid part placed in an ingot mold may be an ingot, not yet completely cooled, which has just been unmolded from a smaller ingot mold.
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The ingot used in such a procedure may have been cast previously in a small ingot mold; it may, once placed in the large ingot mold where the casting will take place, of the second metal, have its large base at the bottom or at the top.
In very similar procedures, a small ingot mold, preferably with thin floors, with its large base at the bottom, is placed in a large ingot mold; a first metal is poured into this small ingot; from the start of solidification of the latter, that is to say a few tens of seconds after the end of casting, the small mold is removed, liquid slag is poured into the large mold until it is the small ingot is covered with mons and immediately afterwards the second metal is poured.
In a variant of such an operating mode, it is finally possible, after having poured the first entered in the small mold, 'pour the slag into the large mold, then immediately after removing the small mold and pouring the second metal.
So by choosing the modus operandi, shape and respective dimensions of the unheard of or ingot mold and the solid part or ingot used, and followed the 'way in which they are placed, one with respect to the other, it is possible to obtain coins or ingots consisting of a core covered on some of their faces or on all of them. their surface of a second metal. for example, the first ingot, 'of section smaller than that of the mold where the casting of the second metal will take place, may have a length equal to that of the final ingot or different from the latter;
it can be placed on the bottom of the mold or kept suspended until the second metal solidifies; only the lateral surfaceē or the entire surface of the first metal is then covered with the second metal.
The review of. composite parts or ingots obtained Shows that there is generally a transition layer between two adjacent shades. In the case where one of the metals is solid when the other metal, liquid, is brought into contact with it, this layer is obtained by
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mixture with the liquid metal, a thin layer of the liquefied solid metal, its contact. In the case of certain procedures, such as that described above, which makes it possible to obtain composite flat ingots by continuous casting of two or more liquid metals, the transition layer can. result from the mixture of the second liquid metal with a weak layer of the preceding metal which has remained liquid or reliquefied.
When it exists, this transition layer is, 'if the process' is correctly implemented, of limited thickness.
Is there no fear that the properties of one of the layers will be changed? by the presence of the adjacent layer (s). In particular, and by way of example, it is not to be feared that in a composite product consisting of a layer of mild steel and a layer of stainless steel of the 18% Cr type, 8% of nor is there a substantial gradient in the gold content of the stainless steel layer from its outer surface to its surface in contact with the mild steel. this transition layer can even be extremely reduced if a low melting point metal is poured onto another higher melting point letal, the surface of which is already completely solidified.
The successive metal layers cast according to the present -invention adhere perfectly to one another, the ingots or coins. obtained can undergo most of the shaping operations, such as rolling, without observing a breakage along the surface which limits two successive layers.
The following examples of execution relate to particular cases of implementation of the method. , EXAMPLE 1.-
A rectangular ingot mold of dimensions 1,800 mx 0.350 m and a height of 30 cm was used. This ingot mold represented in FIG. 1 in plan and in FIG. 2 in section along the innate X - Y of FIG. 1, comprised at its foot a small side A vertioal, the other small side B, at the head, being tilted. A spout D through which the slag overflow flowed was placed on a large side in the vicinity
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Three minutes after the end of the casting of the mild steel, the ingot mold was removed and a 1,000 kg ingot mold was placed around the ingot.
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- ............ 0.08%
If ........... 0.53% - Ma ........... 0.43%
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After cooled aerated, an ingot was obtained consisting of two perfectly bent layers which could be rolled without 'or
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4 notes of dcolleuleat 8: Put the layers.