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Corps métalliques composites.
La présente invention concerne des corps métalliques composites et en particulier des corps composites en titane.
Comme les métaux purs sont ductiles mais faiblement résistants, on y ajoute couramment d'autres éléments tels que des éléments de renforcement en solution solide,ou de fines particules; telles que des éléments de renforcement en dispersion afin d'obtenir des
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valeurs de résistance satisfaisantes. Cette am';liorDtiorJ rip résistance s'accompagne toutefois d'une certaine perte cusirau.1. lité, de résistance à l'oxydation et de ductilité. En }HL:--'l,;;'C'.::;'.8r plus on améliore la résistance, plus forte est la perte d\ .v.c; --
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On peut également renforcer un métal à faible résistance en y incorporant des fibres très résistantes de manière à produire une matière composite dans laquelle la résistance élevée des fi- bres se combien à la ductilité élevée du métal.
Parmi les matiè- res composites qui ont été produites par ce procédé, on trouve de l'aluminium contenant des fibres de silice.
Quoique le principe du renforcement par des fibres soit maintenant bien connu, il n'a pas encore été appliqua à grande échelle principalement parce qu'il est difficile et coûteux de combiner les fibres robustes avec la matrice ductile.
Ces matières composites ont en général été consolidées par une technique de métallurgie des poudres ou par une technique visant à imprégner les fibres de métla en fusion.
Le renforcement d'un métad au moyen de fibres présente de sérieuseslimitations. Les fibres sont coûteuses et se noient mal dans le métal et leur efficacité comme élément de renforcement est conditionnée par un alignement parallèle au sens dans lequel s'exercent les contraintes.
Des matières composites dans lesquelles la matrice ducti- le est du titane sont particulièrement difficiles à produire en raison de la réactivité élevée du titane qui provoque une oxydation et rend le métal cassant. Des expériences ont montré que des ma- tiêres composites de titane préparées par des procédés de métallur-
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gie des poudres peuvent absorberji=squ'à à à'oxygéne et devien- nent ainsi fortement cassantes.
On a constaté que 1,'on peut obtenir des matières composi- tes de titane présentant une résistance élevée et une ducti- - - lité adéquate et que le procédé utilisé à cet effet peut s'appli- quer à d'autres métaux que le titane.
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Suivant 1'invention, un corps composite comprend un gradn nombre de feuilles minces unies les unes aux autres su la tot @i- té de leurs interfaces, les feuilles minces étant en un métal qui possède ou qui est susceptible de posséder une résistance élevée et une ductilité faible et qui peut être travaillé.à chaud, et alternant avec un métal de bonne ductilité.
Suivnnt l'invention, pour produire un corps composite, on soude sous pression les interfaces d'un empilage de feuilles minces de métal possédant ou susceptible de posséder une résistan- ce élevée et une faible ductilité et pouvant être travaillé à chaude ces feuilles minces alternant avec des feuilles minces d'un métal de bonne ductilité.
On obtiont la combinaison de propriétés désirée par un traitement thermique approprié lorsque le métal à$ haute résistance est sensible à ce traitement thermique. Lorsque la résistance élevée n'est obtenue qu'après traitement thor@ique, la matière composite peut être transformée en objets manufacturés dans un état comparativement malléable et peut âtre ultérieurement traitée à chaud. Ce traitement thermique peut avantageusement consister en un traitement de dissolution et un traitement de vieillissement et certains alliages durcissant par précipitation conviennent donc pour la fraction métallique à haute réaistance de la matière composite.
La fractionmétallique ductile de la matière composite peut consister en un métal industriellement par ou un alliage ayant la ductilité requise mais pas nécessairement sensible au traitement thermique.
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L'empilage de feuilles minces est de pre're;:,} -'"\- stitué d'un grand nombre de feuilles minces des deux mGt,:ru;: l'c., stitutifs, car il est souhaitable de prouuire un coi,p,, <:c,;¯.i..1;.; dans lequel les couches résistantes et les couches ductiles :;O;,!J!1t
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bien réparties. Un grand nombre de couches minces donne une structure qui, sous certains rapports, est analogue à celle des matières renforcées par des fibres,mentionnées plus haut.
Les alliages à haute résistance et à faible ducti- lité ne peuvent pas être utilisés dans l'industrie parce qu'ils deviennent trop cassants. Une fissure qui s'amorce dans un tel alliage se propage dans toute la matière etentraîne uneruptur.Dansles matières composites suivant l'invention, les feuilles minces de métal ductile empêchent les fissures,de se propager dans toute la matière et permettent ainsi d'utiliser un métal très résistant mais cassant.
Les feuilles minces des deux métaux constitutifs peuvent être respestivement (1-1 saurs différentes ot ceci peut être obtenu par les taux de déformation relatifs des 'métaux à la température de laminace utilisée ou par l'épaisseur relati- ve dos feuilles minces assemblées dans l'empilage. On peut prédé- terminer les propriétés finales en choisissant des épaisseurs de feuilles minces appropriées.
Le laminage d'un empilage de feuilles minces est une opération qui est bien connue mais le but de catte opération traditionnelle est de réduire l'épaisseur des feuilles minces simultanément, ces feuilles minces étant empêchées d'adhérer les unes aux autres. Dans la présente invention, on envisage de laminer en un tout les différentes feuilles minces, de sorte que la microstructure de la matière composite est con- stituée de feuilles minces ductiles alternant avec des feuilles minces très résistantes, comice par exemple dans la perlite des aciers au carbone.
L'invention peut être avantageusement appliquée à du ti- tane. Des feuilles minces de titane industriellement pu r alter-
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nant avec des feuilles minces d'alliage de t:,';.'"'";',, ,': .: l, "G' -- mettre à un traitement thermique pour lui àw¯-:. ..:,...=.v.v¯ ... élevée et une faible ductilité sont régies M l'f" e :-:.H¯ ¯ ;. 4- dées tout autour de leurs bords pour établir '):fi :,')'\:'1: ': ; i #:ù::.:. ="fl-1" afin d'empêcher toute rentrée d'air entre lej fr..',?.'; r,=.4^:.
Il n'est pas nécessaire de faire le vide t:.:mi: . - c.:;;..'. .: ; a. c,::: la faible quantité d'air emprisonnée est r rxp bca,-{t : (,.I,:3;;O,:'G .z;< le carbone sans nuire aux surfaces. Si l'air -t;J<1.<i.=;i?.aL., I. :)('Y1Ó,,:"(:I' dans l'empilage de feuilles minces, une coucha <à."c>:ç.4.e De fO;'i1!e::'.?:\,1 ' et se maintiendrait sur les surfaces du ti 4be. et empêcherait ou entraverait l'union des interfaces.
On chauffe l'empilage de feuilles minces c e.. --,01::;: éTa:t:ú- re de laminage à chaud qui peut être de 11".00"(; :,.f::.:, ;5;; r :JSJ,J '.1:' nu" les feuilles minces puissent être facilement dt'"oraié'3.'- !-,..:.::.:; ''':: le lamine afin de souder toute les interfaces 0.0S feuilles i:..r.ces= L'e laminage peut se poursuivre jusqu'à ce que la '"ef;\IA..::r'2,t"c";'(' 0<:::- cende à environ 60 C, mais dans certains ;i.i, .;1 1.;.:.,..> , ,>i., se poursuivre jusqu'à la température ambian- . ) - ;s...:,: : . . lage est évidemment diminuée.
Suivant les corapositions choisie::; peur a : ;. î t:'.. l,: (( couches, le produit laminé à chaud peut être f'C'Y"ï.Ht .. ;..à.... minces de deux métaux ductiles ou d'un m6t.l Ü; 1 : 1 '0' '..::. ::,', cassant; le premier produit exige un traite::-.-'. ..:r... ,: . acquérir sa résistance mécanique et le second ac ; :4S ,,::.,.',,'c, :JH: dant le laminace à chaud.
Le traitement thermique dépend de ,-,. c.,";. x . -.,: de l'alliage susceptible de durcir par vie':':'} 3.::: (. ,c., être conçu de manière à le durcir cQmp's.c,:;c:.. A.. ';:,. '- de sa ductilité.
Dans un exemple de l'invention ;':PP4:\J{ 2. :,,' .¯', on prépare un empilage de feuilles minces <iE: 11-..:.> :-,¯.
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mentpur alternait avecdes feuillesminces d'alliage de titane contenant 15% de molybdène. On soudo les bords de l'empilage à l'arc et on porte l'empilage de feuilles minces à une tampértaure de 900 C, puis on. le lamine à chaud à partir decette température jusqu' à 800 C, l'épaisseur étant réduite de 90%. On porte alors le prc- duit laminé à 800 C pendant une demi-heure, on le refroidit-, brus- quement à l'eau,
puis on le traite thermiquement à 450 C pendant 2 heures pour produire une dureté de 600 DPN dans les couches de titane - 15% de molybdène. Le corps composite résultant a une résistance à la traction de 165 kg/mm2 et un allongement de 6%.
D'autres alliages de titane à haute résistance que l'on peut utiliser avec du titane ductile sont des alliages stabi- lisés en bêta qui pouvant êtretraités thermiquement pour produire la phase oméga, des alliages de titane contenant 10 à 20% d'alu- minium traités thermiquement pour produire la structure DO19 pres- crite : ou d'autres alliages stabilises en alpha qui formant ou qui peuvent être traités thermiquement pour former la struc- ture hexagonale prescrite à température ambiante.
L'invention peut être appliquée par exemple à un corps composite formé de feuilles minces d'acier à basse teneur en carbone alternant avec des feuilles Minces d'acier à haute teneur en carbone ou de béryllium et d'aluminium,
Quoiqu'on se soit référé à un procédé de laminage à chaud, comme moyen pour assurer un soudage par pression, on pout utiliser d'autres moyens connus pour appliquer une pression suf-
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fisante pour effectuer la &oudure par exemple le crhe4.,r.: c'v 3)\1- ti7.isatJ.on d'une foret- c :>. .pw.,aA Ces moyens pe:r1J:Ü t".A:J 1', cc pro- duire des corps co G .cr qui, n>ont pas néces5ai:reli;("', 1.;:.
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soumettre à un traitement thermique pour lui donner une résistance élevée et une faible ductilité, on soude les bords de l'empilage pour établir un joint étanche au vide, on chauffe l'empilage à sa température de laminage à chaud et on le lamine pour souder les feuilles minces en un tou t.
17 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé en ce qu'on empile des feuilles minces de titane industriellement pur alternant avec des feuilles minces d'alliage de titane contenant 15% de molybdène , on soude les bords de l'empilage à l'arc, on porte l'empilage à une température de 900 C et on le lamine à chaud à une température comprise entre 900 et 800 C jusqu'à ce qu'on obtienne une réduction d'épaisseur de 90%.
18 - Procédé suivant la revendication 17, caractérisé en ce qu'on chauffe le produit laminé à 800 C pendant une demi- heure, on le refroidit brusquement à l'eau et on le vieillit pendant 2 heures à 450 C.
19 - Corps composite suivant la revendication 1, en substance comme décrit.
20 - Procédé pour produire un corps composite suivant la revendication 11, en substance comme décrit.