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Installation pour la fabrication d'un produit façonné à chaud.
La présente invention concerne de manière générale le façonnage à chaud de métaux et en particulier une installation pour la fabrication d'un produit façonné à chaud à partir d'une pièce de métal coulé appelée ci-après "barre" sans homogénéiser le métal coulé avant le façonnage à chaud. '
Au cours du façonnage à chaud d'une barie de métal coulé en vue de fabriquer un produit façonné à chaud, des fis- sures et des crevasses se forment souvent dans le métal coulé
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et sont dues à une caractéristique connue sous le nom de fra- gilité à chaud.
De plus, le métal coulé présente habituellement des tensions internes dues à des vitesses de refroidissement non uniformes pendant la coulée ou au dressage du métal après la coulée. Ces tensions produisent également des fissures et des crevasses dans le métal coulé pendant le façonnage à chaud.
On peut éviter la formation de fissures et de crevasses dans une barre de métal coulé sous l'effet de la fragilité à chaud ou de tensions internes en homogénéisant le métal coulé avant de le façonner à chaud. L'homogénéisation d'une barre de métal coulé disperse en effet les éléments et composés d'alliages et autres des joints de grains entre des dendrites, à l'intérieur du métal coulé,dans les dendrites. On augmente ainsi la résis- tance à la traction de la barre dans une mesure suffisante pour qu'elle résiste à la formation de fissures et de crevasses sous l'effet de la fragilité à chaud et des tensions internes.
L'homogénéisation d'une barre de métal coulé exige que le métal soit maintenu à une température supérieure à sa tempéra- ture de recristallisation pendant une période de temps prolongée.
Lorsque la barre coulée à façonner à chaud est initialement à la température ambiante, on obtient la température élevée et la période de maintien à cette température élevée néces- saire pour homogénéiser le métal, simplement en réchauffant la barre à sa température de façonnage à chaud car ce réchauf- fage procure des conditions de durée et de température surfi- santes pour l'homogénéisation.
Lorsque la barre de métal cou- lé à façonner à chaud n'a pas eu le temps de se refroidir jusqu'à la température ambiante à partir de sa température de coulée, on peut obtenir la température élevée et la période de
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maintien à cette température nécessaire pour l'homogénéisation en Maintenant simplement la barre approximativement à sa tem- pérature de coulée pendant une période de temps prolongée. Cette opération est habituellement appelée égalisation ou homogénéisa- tion. Ainsi, que la barre de métal coulé à façonner à chaud soit à la température ambiante ou à la température de coulée avant le façonnage à chaud, l'homogénéisation avant le façonna- ge à chaud est de longue durée et nécessite souvent un appa- reillage compliqué et encombrant.
De plus, ni l'un ni l'autre des deux procédés décrits pour homogénéiser une barre de métal coulé ne sont adaptés à la coulée et au façonnage à chaud en continu d'une barre de métal coulé car il est pratiquement impossible de refroidir et de réchauffer du métal coulé et façonné en continu de manière à effectuer l'homogénéisation de ce métal avant de l'introduire dans le dispositif de façonnage à chaud et il est très diffi- cile de maintenir du métal coulé en continu à une température élevée pendant le laps de temps nécessaire pour l'homogénéiser pendant son transfert en continu d'un dispositif de coulée à un dispositif de façonnage à chaud.
L'homogénéisation d'une barre de métal coulé avant façonnage à chaud est donc un pro- cédé généralement peu satisfaisant pour empêcher la formation de fissures et de crevasses dans le métal coulé pendant le façonnage à chaud, et est un procédé qui ne donne en général pas satisfaction lorsqu'on désire façonner à chaud en continu une barre métallique coulée en continu.
L'invention évite ces difficultés ainsi que d'autres difficultés de la fabrication d'un produit façonné à chaud à
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partir d'une barre de métal coulé au moyen d'une installation dans laquelle une barre de métal coulé est façonnée à chaud sans présenter de tendance importante 4 se crevasser ou à se fissurer malgré qu'elle n'ait pas été homogénéisée alors que cette barre se fissurerait ou se crevasserait pendant le façonnage à chaud dans un appareil connu.
On obtient ce résultat en équipant l'installation, conformément à l'invention, d'un appareil con- ditionneur servant à apprêter une barre de métal coulé pour le façonnage à chaud en réduisant sa section par compression en une seule passe sans former de fissures et de crevasses et dans la mesure nécessaire pour détruire les colonnes dendritiques pré- sentes dans le métal coulé.
L'installation comprend également un dispositif de cou- lée et un appareil de façonnage à chaud et l'appareil condition- neur est placé entre le dispositif de coulée et l'appareil de façonnage a chaud ou fait partie de ce dernier. Dans les deux formes de réalisation de l'installation suivant l'invention, le conditionnement de la barre de métal coulé s'effectue entre la coulée et le façonnage à chaud et pendant que le métal est en substance à sa température de façonnage à chaud. Le traite- ment du métal coulé par l'appareil conditionneur peut donc être effectué avant le façonnage à chaud ou comme phase initiale de ce façonnage.
Après avoir traité une barre coulée au moyen de l'appareil conditionneur, on peut la façonner à chaud en un produit de n'importe quelle forme au moyen de l'appareil de façon- nage sans qu'elle se fissure ou se crevasse.
Ceci est dû au fait que la destruction des colonnes dendritiques donne une barre de métal coulé présentant une résis- tance à la traction fortement améliorée.- La résistance à la
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traction atteinte est suffisante pour empêcher a formation de fissures et de crevasses importantes dans je métal coulé par fragilité à chaud ou sous l'effet de sensions internes et la barre de métal coulé se prête @ un façonnage à chaud sans fissures et crevasses avec d'@ssi bons résultats qu'une pièce qui a été homegénéi@ee. '''invention est particulièrement intéressante pour fabri@er u@ produit par coulée et façonnage à chaud en continu d'@@@ barre de métal car la
réduction de -section requise du méal coulé s'opère aisément et rapidement pendant le passage d métal en continu entre le dispositif de coulée et l'appaeil de façonnage à chaud.
Ces par@@ularités et avantages de 7.'invention ainsi que d'autres enre ressortiront clairement de la description détaillée donn@e ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins anne@@s, dans lesquels : la Fig.l est une vue en plan d'une installation suivant l'invention qui comprend une machine de coulée conti- nue classique et un laminoir classique formant respectivement le dispos@tif de coulée et l'appareil de façonnage à chaud;
la Fig.2 est une vue en élévation, à plus grande échelle des cylindres de compression de l'appareil conditionneur de l'installation retrésentée à la Fig.l; la Fig.3 e@@ une vue schématique des cylindres de compression représentés à la Fig.2 et montre, au moyen de trian- gles de vitesse, @@s rapports de vitesse dans les cannelures ou gorges des cylindres; la Fig.l, est une vue en coupe du métal d'une barre coulée avant conditionnement en vue du façonnage à chaud, dans l'installation suivan:
l'invention; la Fig.5 ec', une vue, à plus. grande échelle, d'une
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partie du métal de la barre coulée représentée à la Fig. 4; la Fig. 6 est une vue en coupe du métal de la barre coulée représentée à la Fig. 4,après conditionnement en vue du façonnage à chaud dans l'installation suivant l'invention.
La description détaillée suivante concerne une forme d'exécution spécifique de l'invention mais l'invention n'est . pas limitée aux détails décrits et peut être réalisée sous d'autres formes équivalentes.
Comme indiqué à la Fig. 1, l'installation choisie pour ' illustrer une forme d'exécution de l'invention comprend de ma- nière générale un dispositif de coulée tel que la machine de coulée 40, un appareil de façonnage à chaud tel que le lami- noir 22 et un appareil conditionneur tel que la cage 47. La cage 47 comprend un socle, une colonne gauche 11, une colonne droite 12, un cylindre supérieur 14 monté sur un arbre 15 et un cylindre inférieur 16 monté sur un arbre 18.
Les cylindres 14 et 16 tournent parallèlement l'un à l'autre entre la colonne gauche 11 et la colonne droite 12 avec les arbres 15 et 18 et l'arbre 18 traverse la colonne gauche 11 et est relié à un accouplement 13 qui sert à l'accoupler d'une manière connue à l'arbre d'entraînement 19 d'un moteur 20 monté sur une plate-forme 17 près de la colonne gauche 11.
Le moteur 20 entraîne le cylindre 16 par l'intermé- diaire de l'arbre 18 et l'arbre 15 est accouplé, dans la colon- ne droite 12, à l'arbre 18 de sorte que,lorsque l'arbre 18 tourne dans un sens déterminé, l'arbre 15 tourne dans le sens inverse et à la même vitesse que l'arbre 18. Le moteur 20 sert donc à faire tourner les cylindres 14 e.t 16 en sens inverses à des vitesses de rotation sensiblement identiques.
L'écartement entre les cylindres 14 et. 16 peut être réglé
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en tournant un volant 23 prévu à l'extrémité supérieure d'un arbre 27 qui est monté à l'intérieur de la colonne droite 12. Deux cylindres de guidage 38 et 39 sont prévus au-dessus du socle 10 dans le trajet d'une barre coulée 21 lors de son passage entre les cylindres 14 et 16, les cylindres de guidage tourillonnant dans des supports 45 fixés au socle 10. Le cylin- dre de guidage 38 est façonné de manière à recevoir et à sup- porter la barre coulée 21 lorsqu'elle s'approche des cylindres 14 et 16 et le cylindre de guidage 39 est destiné à rece- voir et supporter la barre coulée 21 à sa sortie des cylindres
14 et 16 afin de l'introduire dans le laminoir 22.
Comme indiqué clairement à la Fig. 2, chaque cylindre
14 et 16 présente une cannelure 30 de forme semi-elliptique.
' Les cannelures ou gorges 30 forment- un passage de compres- "sion elliptique 29 dans lequel la barre coulée 21 est comprimée lors de son passage entre les cylindres 14 et 16. Le passage de com- pression 29 sert à empêcher un étalement excessif d'une barre coulée 21 ayant une section semblable à celle indiquée à la .Fig. 4, lorsqu'elle est comprimée par les cylindres 14 et 16,, pour produire une barre coulée 21 de section en substance identique à celle représentée à la Fig. 6.
De plus, comme indiqué clairement dans le schéma re- présenté à la Fig. 3, le passage de compression 29 produit des relationsde vitesse linéaire dans la barre'coulée 21 lorsque cette barre 21 passe entre les cylindres 14 et 16,et empêche physiquement la formation de fissures et de crevasses importantes dans la barre coulée 21 par suite des brusques variations de vitesse dans la barre coulée 21 pendant qu'elle est comprimée.Ceci est dû au fait que la forme elliptique du passage de compression
29 fait que les cylindres 14 et 16 ont des vitesses tangentielles
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linéaires différentes en attaquant, des parties diffé- rentes de la barre coulée 21.
Comme indiqué par les longueurs des flèches 32 et 34 à la Fig. 3, la partie de chaque cannelure 30 la plus proche de l'axe de rotation des cylindres 14 et 16 a la plus petite vitesse tangentielle et les parties de chaque cannelure. 30 situées à ses bords externes ont la vitesse tan- gentielle la plus grande.
On comprendra que les parties de chaque cannelure 30 comprises entre la partie indiquée par la flèche 32 comme ayant la plus petite vitesse tangentielle et la partie indiquée par la
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flèche 34 comme ayan';' '10. plus grande vitesse tsuyentiElle ont une vitesse tangentielle qui augmonte progressivement de la vitesse minimum vers la vitesse maximum. On comprendra éga- lement que ces vitesses relatives dans le passage de com- pression 29 tendent à repousser les bords externes d'une barre coulée 21 vers l'intérieur vers le centre du passage 29 lorsque la barre coulée 21 passe entre les cylindres 14 et 16.
Il res- sort de ce qui précède que la cage duo 47 procure un dispositif servant à réduire la section d'une barre coulée 21 tout en empêchant physiquement la.formation de fissures ou de crevasses importantes malgré que le métal de la barre coulée 21 n'ait pas été homogénéisé.
On comprendra que la cage duo 47 décrite plus haut est classique dans l'ensemble et c,'est pour cette raison que d'autres détails connus de sa construction n'ont pas été décrits.
On comprendra également que la machine de coulée 40 est de type connu et comporte une roue de coulée 41 présentant une gorge pé riphérique 41' et une courroie 42 servant à obturer une longueur déterminée de la gorge périphérique 41',le laminoir 22 étant éga- ment d'un type connu comportant plusieurs cages de laminoir 22'
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entraînées par un moteur 20'. De plus, on comprendra, que, lors- qu'on introduit une barre coulée 21 entre les cylindres 14 et
16 à partir de la gauche sur la Fig.l, les cylindres 14 et 16 réduisent la section de la barre 21 et l'entraînent vers la droite pour l'introduire dans le laminoir 22 dans lequel elle est façonnée à chaud en passant successivement par les diverses cages 22'.
La section de la barre coulée 21 après son passage entre les cylindres 14 et 16 comme indiqué à la Fig.6 convient particulièrement pour un laminage ou un façonnage à chaud dans un laminoir 22 ou dans un appareil de façonnage à chaud analogue qui transforme la barre en un fil machine ou un autre produit façonné à chaud. Toutefois, la cage de compression 47 de l'invention a pour but principal de procurer un appareil de conditionnement permettant de réduire notablement la section de la barre coulée 21, par une seule compression, dans une mesure qui soit suffisante pour détruire sensiblement la structure dendritique de la barre coulée 21. Ceci est dû au fait que c'est cette réduction de section particulière de la barre coulée
21 qui conditionne la barre 21 en vue du façonnage à chaud.
Ain- si, tout appareil convenant pour réduire la section d'une barre coulée 21 par une seule compression dans une mesure suffi- sante pour détruire notablement la structure dendritique existart à l'intérieur de la barre 21 tout en empêchant physiquement la formation de fissures ou de crevasses peut être utilisé comme appareil conditionneur dans l'installation suivant l'in- vention.
En outre, dans l'installation suivant l'invention, on conditionne une barre coulée 21 en la faisant passer dans un appareil conditionneur tel qu'une cage duo 47 de manière à ré-
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duire la section de la barre coulée 21 par une seule éompres- sion dans la mesure nécessaire pour détruire sensiblement sa structure dendritique tout en empêchant en même temps physique- ment la formation de fissures ou de crevasses au moment de la compression. De plus, la compression ou 1'écrasement s'effec- tue entre la machine de coulée 40 et le laminoir.22, la barre coulée 21 étant en substance à sa température de façonnage à chaud.
Toutefois, on comprendra que la première cage duo du laminoir 22 peut également servir de moyen pour conditionner la barre coulée 21 en vue de son façonnage à chaud par des cages ultérieures du laminoir.
De plus, on comprendra que indépendamment de l'agence- ment spécifique utilisé pour réaliser un appareil conditionneur, cet appareil sert à réduire la section de la barre coulée 21 en une seule compression dans la mesure nécessaire pour détruire sensiblement la structure dendritique de la barre coulée 21. La mesure dans laquelle la section de la barre coulée 21 doit être réduite pour détruire la structure dendritique de son mé- tal dépend de ce métal particulier. Cela étant, on comprendra que, dans la forme d'exécution de l'invention décrite dans le présent mémoire, 1'écart entre les cylindres 14 et 16 est modifié en fonction du métal spécifique de la barre coulée 21.
Pour une barre coulée 21 en cuivre qui présente des tensions internes ainsi qu'une fragilité à chaud indésirable, on a constaté qu'une réduction de la section de la barre coulée 21 en une seule compression d'au moins environ 36% détruit la structure dendritique du cuivre. Cette réduction est effectuée lorsque la barre coulée 21 passe entre un dispositif de coulée et un dispositif de façonnage à chaud à une température si-
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tuée dans la gamme de températures de façonnage à chaud pour @ le cuivre et la barre coulée en cuivre 21 produite, ainsi conditionnée, peut être ultérieurement façonnée dans le disposi- tif de façonnage à chaud qui la transforme en un produit façon- né à chaud désiré quelconque exempt de fissures ou de crevasses indésirables.
La réduction de section d'une barre coulée 21 en un métal autre que .le cuivre apparaîtra clairement aux spéeialistes en ce domaine ou peut être facilement déterminée de façon empiri- que au moyen de processus métallurgiques connus. La tempéra- ture à laquelle la réduction s'effectue correspond sensible- ment à la température de façonnage à chaud du métal ce qui appa- raitra également clairement aux spécialistes.
Indépendamment du métal de la barre coulée 21, une fois que la structure dendritique du métal de la barre coulée 21 est détruite, la barre 21 est conditionnée pour le.' façonna- ge à chaud dans un laminoir 22 et dans un autre dispositif de façonnage à chaud au moyen de processus de façonnage à chaud classiques. Le conditionnement d'une barre coulée 21 suivant l'invention ressort clairement d'une comparaison des Fig.4 et 5 avec la Fig. 6. Dans les Fig. 4 et 5, la barre coulée 21 ,qui est représentée comme comportant des colonnes dendri- tiques 2. et des éléments et composés d'alliages et autres sé- parés S, emprisonnés au niveau des jonctions de grains 25 des dendrites 24.
La Fig.6 montre la barre coulée 21 représentée au Fig.4 et 5 après conditionnement dans un appareil approprié.
Il ressort de la Fig.6 que, dans la barre:coulée 21, la struc- ture dendritique a été en substance entièrement détruite. -Ceci
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élimine les jonctions de grains 25 ou les éléments et composés d'alliages et autres indiqués par la lettre S à la Fig. 5 se séparent, et augmente notablement la résistance à la trac- tion du métal en substance de la même manière qu'un traitement d'homogénéisation. Cela étant, la résistance à la traction du métal de la barre coulée 21 est maintenant suffisante pour empêcher la formation de fissures et de crevasses par fragilité à chaud, par tensions internes ou à la suite de ces deux causes,pendant un façonnage à chaud ultérieur.
Il ressort de la description qui précède que,lorsqu'on conditionne une barre coulée 21 présentant des tensions in- ternes ou contenant des quantités importantes d'éléments et de composés provoquant une fragilité à chaud, en vue d'un façonnage à chaud,en détruisant la structure dendritique par une seule compression de la barre coulée 21 avant le façonnage à chaud, on peut ultérieurement façonner la barre coulée 21 à chaud .sans,; qu'elle se fissure ou se crevasse malgré que le métal de .la barre n'ait pas été homogénéisé conformément . aux processus connus.
L'invention est dane idéalement adaptée à la coulée et au façonnage à chaud de métaux en continu car la disposition d'un dispositif de coulée, d'un appareil condi- tionneur et d'un dispositif de façonnage à chaud comme dans l'in- vention permet de traiter une barre coulée 21 en' continu pendant son passage sans interruption dans un dispositif de façonnage à chaud tel que le laminoir 22 en provenance d'un dispositif de coulée tel que la machine de coulée 40.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements et modifica- tions peuvent être apportés sans sortir de son cadre.