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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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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.