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"Perfectionnements à l'étirage des métaux."
La présente Invention est relative à l'étirage à froid de métaux; Elle est particulièrement applicable à la pro- duotion de fils, tiges ou tubes par étirage de ce qu'on peut appeler des alliages réfractaires, à savoir des alliages ayant une base de nickel, de chrome, de cobalt, de molybdène ou de tungstène, ou de plus de l'un de ces métaux. L'invention englo- be également des procédés d'étirage poussé.
Le problème de la lubrification d'alliages réfractai- res durant l'étirage à froid est difficile, et on a peu de con-
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naissance scientifique précise dans ce dimaine. Un lubrifiant mé- tallique, tel que du plomb, est un lubrifiant extrêmement ef- ficace dans l'étirage à froid de fils en alliage réfractaire.
Cependant, il est désirable dviter l'utilisation de plomb sur certains alliages, spécialement ceux ayant une base de nickel, parce que, si le plomb n'est pas totalement enlevé, après l'éti- rage le plomb résiduaire peut attaquer sévèrement l'alliage lorsque ce dernier est élevé jusqu'à une températtre élevée, soit durant le recuit, soit lors d'une utilisation ultérieure. De plus, l'utilisation de plomb peut avoir pour résultat la pro- duction de déchets contenant du plomb, qui, lorsqu'ils sont ajoutés à une masse fondue ultérieure, souilleront l'alliage produit dans cette massé. De plus, l'enlèvement de plomb du façon produit étiré, réalisé de habituelle par dissolution du plomb dans un bain d'acide nitrique, est difficile à contrôler, et la surface du produit peut devenir rugueuse ou présenter des piqûres.
A cause de ces inconvénients, on a sérieusement besoin d'un lubrifiant amélioré. Celui-ci doit être capable d'adhérer à la surface de l'alliage que l'on étire, même lorsque celui-ci passe à travers la filière, et de rester sur l'alliage sortant du coté de sertie de l'orifice de la filière.
Suivant la présente invention, le métal ou l'alliage que l'on étire porte un revêtement lubrifiant qui consiste en un naphténate métalli q ue formé à partir d'acide naphténique d'un indice d'acide d'au moins 100 ou contient un tel naphténate comme constituant principal. Le métal de naphtanate est, de préférence, le magnésium ou le calcium.
L'utilisation d'un naphténate métallique comme lubri- fiant est avantageux dans l'élimination des désavantages inhé- rents au plomb dans l'étirage d'alliages qui peuvent présenter des souillures de plomb. La réduction de section pouvant être
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obtenue en un seul passage n'est pas nécessairement très éle- vée, mais on peut trouver une compensation à cela dans le fait qu'un revêtement convenable du lubrifiant peut être rapidement formé sun.l'alliage à étirer et que le revêtement résiduaire peut facilement être enlevé après étirage.
De plus, la demande- resse a trouvé que les naphténates métalliques possèdent une puissance de mouillage et d'ahdérence aux métaux de loin supé- rieure, à celle des stéarates et palmitates métalliques qui sont employés dans les graisses lubrifiantes courantes. Les proprié- tés que possèdent les naphténates métalliques sont également supérieures à celles que possèdent, les cires naturelles, par exemple la cire d'abeilles , que l'on utilise également parfois comme lubrifiant.
On peut mentionner à ce stade que les acides naphténi- ques (présents dans et produits à partir d'huiles de pétrole) sont de constitution chimique très différente des acides orga- niques employés dans la production de sels ou "savons" métalli- ques comme graisses lubrifiantes, entre autres les acides à chaîne droite saturés, par exemple les acides stéarique et pal- mitique. La différence importante réside dans le fait que les aci des naphténiques sont des composés cycliques (généralement penta- méthyléniques) avec une chaîne latérale d' acide ajoutée. Les composés ou "savons" métalliques produits à partir d'acides naphténiques sont également très différents des savons fabri- qués à partir des acides à chaîne droite.
Par exemple, tous les naphténates métalliques autres que ceux des métaux alcalins sont solubles sans limite à froid dans la plupart des solvants orge- niques, par exemple les huiles et les alcools de pétrole, les solvants de goudron de houille, les solvants chlorés, les esters, les alcool@s supérieurs et les cétones. D'autre part, les savons fabriqués à partir d'acides organiques à chaîne droite sont presque totalement insolubles à froid dans la plupart de ces solvants.
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Les divers naphténiques métalliques varient de pro- priétés et en particulier, en ce qui concene leur puissance d'adhérence à la surface métallique. Les naphténates de magné- sium et de calcium ont des propriétés d'adhérence meilleures que ceux de baryum et de zirconium.
Dans le choit du lubrifiant le plus convenable pour l'utilisation suivant l'invention, il est nécessaire également de considérer le phénomène connu sous le nom de "broutage" dans la filière, qui se manifeste par une malformation de la surface, habituellement sous forme de marques annulaires sur le produit étiré. Il y a souvent une tendance au "broutage" lorsque des alliages très réfractaires sont étirés à l'état froid en utili-, sent des naphténates de magnésium, de cobalt, de chrome, de zinc et de mitel. Ceci est spécialement le cas lorsque l'allia- ge réfractaire est sous la forme d'un fil . Néanmoins, chacun des naphténates, spécialement e naphténate de chrome, a de bonnes propriétés d'adhérence et est un lubrifiant efficace.
La demanderesse a trouvé que le "broutage" peut être pratiquement surmonté et souvent totalement éliminé en utilisant un plastifiant. Par le terme "plastifiant", on désigne un addi- tif qui améliore les propriétés de friction du procédé d'éti- rage. Des exemples de plastifiants sont la lanoline et la paraf- fine solide chlorée.
Le naphténate de calcium est exceptionnel en ce qu'il peut être utilisé seul sans broutage.
Le naphténate ne doit pas nécessairement contenir un seul métal. Par exemple, un naphténate complexe de magnésium et de chrome peut être utilisé.
Le lubrifiant utilisé suivant l'invention peut conte- nir également un composé chimique, par exemple un colorant fluo- rescent ou un colorant rouge, qui pénétrera dans les craquelures superficielles se produisant dans les alliages et facilitera leur détection par une lumière ultraviolette ou par une autre méthode.
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Le naphténate na devrait pas être fluide,et c'est pour cette raison qu'il doit être formé à partir d'un acide naphté- nique d'un indice d'acide d'au moins 100. Il est, de préférence, formé à partir d'un acide naphténique d'un indice d'acide moyen à élevé, à savoir de 170 à 250. La plupart des naphténates de ce genre sont solides à la température ambiante, mais les naphté- nates de zirconium et de chrome sont des liquides extrêmement visqueux.
L'épaisseur de la couche de naphténate appliquée au métal ne doit pas être nécessairement grande; elle peut être de l'ordre de 0,0001 à 0,001 pouce,.
Cette couche en forme de pellicule peut être formée de diverses manières. C'est ainsi qu'un naphténate liquide peut être appliqué directement au métal à étirer.
Un naphténate solide peut être liquéfié par chauffage, le métal qui doit être étiré étant alors immergé dans ce npphté- , nate et étiré à travers lui. De préférence, cependant, un naphté- nate solide est appliqué directement à la surface du métal dans un liquide véhicule sous forme d'une solution, d'une émulsion ou d'une dispersion. Lorsque le naphténate est appliqué à l'alli-' age de cette manière, le liquide véhicule est de préférence volatil, de sorte qu'il peut être enlevé par évaporation avant que le métal ne soit étiré. Par exemple, il peut s'agir d'un solvant volatil, tel que du trichloréthylène, ou d'un liquide de suspension, qui peut être de l'eau.
C'est ainsi que l'alliage sous la forme d'une bobine de fil à étirer peut être plongé dans un naphténate se trouvant dans un liquide véhicule évapora- ble, et la bobine peut être suspendue: jusqu'à ce qu'elle soit sèche. En outre, une telle bobine peut être immergée dans le fond d'un réservoir contenant le liquide. Dans ce cas, si le liquide véhicule est un agent de dégraissage .volatil, le fil revêtu doit être tiré très rapidement à travers la phase vapeur
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au haut du réservoir afin d'éviter un enlèvement de la couche adhérente.
A titre d'indications sur les proportions, une solu- tion convenant pous l'application à l'alliage, par exemple par immersion de l'alliage dans la solution, est constituée par 70% de naphténate de magnésium en poids, dissous dans 30% de tri- chloréthylène en poids. Cette solution peut encore être diluée par du trichloréthylène supplémentaire en des quantités allant jusqu'à quatre fois le poids de la solution pour donner une solution finale contenant jusqu'à 86% de trichloréthylène avec 14% seulement de naphténate. On peut ajouter un plastifiant, mais celui-oi ne doit pas être supérieur à 50% du naphténate métallique en poids.
Un naphténate solide ou très visqueux, à savoir un naphténate fabriqué à partir d'un acide naphténique d'un indice d'acide de 170 ou plus, peut être rendu fluide (ou plus fluide) pour son application à l'alliage en étant transformé en une solu- tion concentré dans un solvant non volatil de point d'ébullition élevé, par exemple un ester, ou par l'addition d'un acide orga- nique libre, qui peut par exemple être l'acide naphténique ou l'acide oléique. Si un tel solvant non volatil, par exemple du phtalate de diootyle, ou un diluant, tel que de l'acide naphténi- que, sont utilisés, ils feront partie de la couche de lubrifiant.
Il sera entendu qu'il ne faudrait pas une présence d'acide naphté- nique libre, élevée au point d'affaiblir les propriétés d'adhé- rence de la solution ; en pratique, on a trouvé que l'acide naphténique libre ne devrait pas excéder environ 10%.
Des exemples de mélanges de tels naphténates visqueux avec des solvants non volatils sont les suivants :
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tartrate de dibutyle 10% en poids
2 Naphténate de magnésium 92% " " phosphate de nonyle acide 8% " "
3 Naphténate de calcium (préparé à partir d'acide naphténique d'indice l'acide de 210) 88% " " phtalate de dioctyle 12% " "
4 Naphténate de calcium 90% " " phosphate de nonyle acide 10% " "
Au lieu de plonger une bobine de fil, la couche peut être appliquée de façon continue, immédiatement avant qu'un fil ne soit étiré, par passage du fil, au fur et à mesure qu'il se déplace vers la filière, à travers un bain de naphténate fondu chaud ou à travers un bain de naphténate froid qui a été rendu fluide par l'addition d'un solvant non volatil ou d'un diluant comme décrit ci-avant.
Dans l'étirage de tubes, on obtient de bons résultats ) en utilisant du naphténate de calcium et en appliquant celui-ci par immersion des tubes dans une solution bouillante de ce naphténate dans du trichloréthylène, dans n réservoir de dégraissage. Un plastifiant, tel que de la lanoline, peut être ajouté au naphténate de calcium.
Plusieurs passages peuvent être obtenus avec une seule couche du naphténate métallique, mais si le même fil, tige ou tube doit être réduit en de nombreuses phases successives à travers des filières de plus en plus petites, il peut être nécessaire de renouveller la couche à un stade intermédiaire, car il y a inévitablement une perte de la couche au côté d'entrée de l'orifice de filière. Des écailles adhérant à la surface de l'alliage à étirer ne doivent pas nécessairement être enlevées avant le revêtement, car le naphténate métallique a l'aptitude d'adhérer à la pellicule d'oxyde.
Le lubrifiant est facilement enlevé, après l'opération
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d'étirage, par un solvant, par exemple dans un appareil de dé- gaissage à vapeur de trichloréthylène. Il peut aussi être enlevé par combustion durant le recuit.
On donne oi-après des exemples d'alliages qui sont difficiles à étirer et qui ne sont pas étirés sous plomb à cause du danger de souillures.
EXEMPLE 1
Des morceaux d'un fil décapé et recuit de divers dia- mètres, en alliages à base de nickel-ohrome-cobalt, oontenant environ 0,1% de carbone environ 20% de chrome, environ 2,7% de titane, environ 1,8% d'aluminium et environ 18% de cobalt, le restant étant essentiellement du nickel, étaient revêtus en les plongeant dans un lubrifiant. Ce lubrifiant étant produit en mélangeant 45 de paraffine solide chloré et 55% de naphténate de magnésium produit à partir d'acide naphténique d'un indice d'acide de 170 à 175, et en dissolvant le mélange dans du tri- ohloréthylène dans la proportion de 1/4. Les morceaux de fil revêtus étaient admis à sécher à l'air pendant environ 15 minu- tes.
Le fil revêtu était ensuite étiré à travers des filières de carbure de tungstène à des vitesses d'environ 100 à 300 pieds par minute, suivant le calibre, pour donner une réduction de section d'environ 20 à 30% par passage, avant le recuit inter- phases.
EXEMPLE 2
Un fil recuit et déoapé d'un alliage utilisé pour des ressorts et susceptible d'une attaque de décapage durant le trai- tement d'enlèvement du plomb à l'acide étant revêtu et étiré, comme décrit à l'exemple 1. Cet alliage contient environ 42% de nickel, environ 5% de chrome, environ 2,5a de titane, environ 0,06 de carbone et environ 0,5% d'aluminium, le restant étant essentiellement du fer. Des réductions totales de section d'en- viron 50% pouvaient être atteintes. Il était nécessaire de re-
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nouvel,32 la couche à un stade intermédiaire, du fait de la perte de couche au côté d'entrée de la filière.
EXEMPLE 3
Un fil en alliage recuit, oontenant environ 30% de molybdène, environ 8% de fer, environ 0,7% de silicium et envi- ron 0,05% de carbone, le restanst étant essentiellement du nickel, était semblablement revêtu et étiré. Une réduction tota- le de section d'environ 40% était obtenue aveo un nouveau revê- tement après chaque étirage.
EXEMPLe 4
On utilisait du naphténate de oaloium seul oomme lubrifiant dans l'étirage de tubes d'alliage réfractaire,conte- nant environ 76% de nickel, environ 0,05% de oarbone environ 0,4% de silicium, environ 8% de féru, environ 17% de chrome, environ 0,3% de titane et environ 0,2% d'aluminium. Ces tubes étaient revêtus en les immergeant dans une solution bouillante de naphténate de calcium (pteparé à partir d'aoide naphténique d'un indice d'aoide de 210) dans du trichloréthylène dans le rapport de 1:3 en poids. L'épaisseur de pellicule obtenue était d'environ 0,001 à 0,002 pouce. Des tubes de 20 mm (0,788 pouce) de diamètre, ayant une épaisseur de paroi de 1 Etc. (0,0394 pouce), étaient réduits de seotion de 20% en un passage.
EXEMPLE 5
Un tube en alliage ayant une base de nickel-cuivre, contenant environ 66% de nickel, environ 0,2% de carbone, envi- ron 30% de cuivre, environ 1,6% de fer et environ 1,4% de manga- nèse, était revêtu de la même manière qu'à l'exemple 4 et étiré depuis un diamètre extérieur de 1,1875 pouce et une épaisseur de paroi de 0,077 pouce jusqu'à un diamètre de 1/2 pouce et une épaisseur de paroi de 0,028 pouce en cinq passages, avec la couche initiale.
Des réductions accrues de section peuvent être obte-
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nues, si l'alliage à étirer est d'abord plequé de cuivre dans un bain de sulfate de cuivre acide, et ensuite revêtu du naphté- nate lubrifiant. Le cuivre seul n'est pas approprié comme lu- brifiant, mais le naphténate adhère mieux au cuivre qu'à l'alli- age réfractire. Evidemment, cette variante de l'invention ne peut être utilisée qu'avec des alliages à partir desquels le cuivre peut être facilement enlevé pprès l'étirage.
Un avantage de l'utilisation du placage de cuivre est l'élimination du recuit interphases, avec certains alliage% C'est ainsi que dans la production d'un fil de la qualité pour ressorts, il est possible d'étirer depuis un diamètre de tige de 0,3 pouce jusqu'à un diamètre de 0,232 pouce pour donner une réduction totale de section de 40% en trois phases sans recuit entre celles-ci. Précédemment, sans placage de cuivre, des opé- rations de recuit à deux phases étaient nécessiares.
Un exemple englobant un placage de cuivre est donné oi-après.
EXEMPLE 6
Une tige métallique en un alliage contenant environ 0,1% de carbone environ le,* de chrome, environ 2,7% de titane, environ 1,8% d'aluminium et environ 18% de cohalt, le restant étant essentiellement du nickel, était plaquée par voie élec- trolytique par une épaisseur d'environ 0,001 pouce de cuivre.
La tige plaquée du ouivre était ensuite revêtue du lubrifiant décrit à l'exemple 1, pour donner une couche d'environ 0,0005 pouce d'épaisseur. Des réductions totales de section de l'ordre de 50 à 60 étaient obtenues, lorsque la tige plaquée au cuivre était revêtue à nouveau du naphténate de magnésium lubrifiant après chaque opération successive d'étirage.
Bien que l'invention soit spécialement applicable à l'étirage des métaux réfractaires, elle peut être appliquée aussi à l'étirage d'acier doux et d'autres métaux, notamment le cuivre.