CA1070148A - Procede de filage a tres grande vitesse de metaux et alliages legers - Google Patents
Procede de filage a tres grande vitesse de metaux et alliages legersInfo
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Abstract
L'invention concerne la transformation de métaux et alliages légers. En lubrifiant la filière avec un produit vitreux à base de phosphate alcalin et de tétraborate alcalin, on peut filer, à chaud,la température étant comprise entre 400 et 650.degree.C, des alliages à base d'aluminium ou de magnésium ainsi que ces métaux à des vitesses au moins égales à 100 mètres/minute, pouvant atteindre jusqu'à 300 mètres/minute. Application au filage des alliages d'aluminium notamment des séries 2000, 5000, 7000 (désignation de l' U.S. aluminium association).
Description
La présente invention concerne un procédé de filage à
chaud, et à tres gr~nde vitesse? de métaux et d'alliages légers9 et particulièrement9 d'alu~inium, de magnésium et d'alliages base de l'un ou l'autre de ces métaux.
Il est connu d~ procéder au filage à chaud de métaux -à haute ténacité, et notamment de l'acier, en lubrifiant les filières au moyen d'un verre qui présente, a la température de ~ilage, généralement co~prise entre 1050 et 1150C, une vi~cosité ~;
de ltordre de 103 à 104 Poises. Il en résulte une moindre usure des filières, une diminution de la pression de filage et un excellent état de surface des produit~ filé3.
Ces procédés ~ont décrit~ dans les brevets Ugine~
Séjournet et, en particulier, dans les brevets français N 966~7733 1~041~251~ 1~086~008~ 1~094~534~ 1~148~824 pour ne citer que les ' plu9 anciens en date.
;~ On a déja tenté d'appliquer ces procédés aux alliages à base d'aluminium r ~ e brevet français 1 ~ 126 ~ 196 souligne les difficultés 20 du filage de l'aluminium avec lubrificatio~ au verre, et revendi-que l'utilisation de graphite, jugée préférable~ `
- Dans 18s certificats d'addition N 67~8419 67~842 et 67~843 aux brevets français respecti~s 1~107~913~ 1~121~65~ et 1.121.660, on a décrit le filage à chaud d'alliages aluminium silicium magnésium (série 6000)(désignation de 1' US Aluminium Association) et d'alliages aluminium-zinc-cuivre-~agnésium (série 7000) au moyen de verres co~po~és e~sentiellement d'anhydride pho~phorique, alumine et oxyde de sodium. Mais il n'a pas ét~
; possible de dépas~er des vltesses de filage de l'ordre de 18 à ~ ;
30 24 mètres/minute, alors qu'il est courant de filer de l'acier selon le procédé Ugine-Séjournet à des vitesses de l'ordre de 300 mètres/minute.
,, , ,, , ~ ~ ' ~71~4 51 .
La demanderesse a découvert qu'il était po~sible ;~-d'augmenter de façon très importante la-vitesse de filage à chaud de métaux et d'alliages légers, notamment d'aluminium, de magné- ;
sium, et d'alliages à base d'aluminium et de magnésium, en lu-bri~iant la filière avec un produit vitreux dont la viscosité
se situe entre 103 et 104 Poises pour une température de filage ~:
comprise en.tre 400 et 650C~ et qu'on pouvait ainsi atteindre des vites~es de filage supérieures à 100 mètres/minute et pouvant atteindre, et même dépasser 240 mètres/minute, et ju~qu'à 300 mètres~minute. ~::
Une composition de produit vitreux particulièrement .
bien adaptée ~ la miae en oeuvre de ce procédé comporte un mëla~ge de phosphate alcalin et de tetraborate alcalin dans une propor-tlon telle que la composition globale du mélange soit comprise ~:~
dans les limites suivantes :
- P205 : 25,6 à 68J3 % en poids B203 1,7 à 53 % "
- K20 : jusqu'à 30 ~ en poids - Ma20 : jusqu'à 40 % en poids Cependant, la présence de KzO n'est pas indispensable, ~ ; .
et il a été constaté que des compositions ternaires telles q.ue - P205 : 25,6 ~ 68~3 % en poids - B203 1,7 à 53 - Na20 : jusqu'à 40 ~0 en poids donnaient des résultats comparables et parfois, dans certains cas supérieurs, à ceux des compositions quaternaires comportant : .
:;; du K20. ~
" ~ ,.
Cea produits ~itreux peuvent être obtenu~ ausai bie~
partir des phosph.ates et borates de sodium et/ou de potassium 3 qu'à partir des oxydes P205, B203, Na20 et/ou K20, de façon connue. `
On peut penser qu'à la température de filage entre 400 : ' 1~:)7(~1~L8 et 650C, il se produirait entre la produit vitreux défini ci-dessu3 et la billette de métal d'une part, et le container et la filière d'autre part, une reaction chimique superficielle conduisc~nt à la ~ormation de couches ~ faible coefficient de frottement entre lesquelles le produit vitreux jouerait, en plus, un r81e de lubrifiant. Cette hypothèse ne constitue, en aucune façon, une limitation de la portée de l'inven-tion.
Ce procédé 81 est révélé particulièrement bien adapté
au filage à chaud d'alliages répu-tés difficiles à filer tels que ceux des séries 2000, 5000 et 7000 (selon les designations de l'US Aluminium Association) et de quelques alliage~ particuliers, - -.
tels que l'AU4Pb (selon la désignation de la norme française ; ~
. .
NF~ Q2001) qui est un alliage de "décolletage" contenant motam- ~ -ment 4,2 % de cuivre, et environ 1,2 % de plomb, plus du magnésium et du manganèse. Ces ~lliages doivent normalement 8tre filés à
faible vitesse, sous peine de voir apparaître des criques super~
ficielles.
Les alliages filés par le procédé conforme à l'invention ne présentent pa~ de crique superficielle, pas de vide central, d~ à la différence de ~ite~se de filage entre le coeur et la péripherie, et ne comportent pas de zone pér~phérique à gros grains, par effet de recristallisation au ehaud au passage de la ~iliere~ comme c'est le cas da~s les procédés selon l'art anté-rieur dès que l'on cherche à augmenter la vitesse de filage.
~ es prodults ~ltreux conformes à l'in~ention ne présen tent aucun effet nocif pour le personnel ni pour 17environnement.
Ils ne sont pa~ hygroscoplques1 ce qui facilite le ~tockage et la manuten~ion. Ils sont, en outre, solubles dans l'eau, pure ou faiblement acidulée, ce qui permet de les éliminer de la `
~0 surface des produits filés par simple lavage~
Exemple 1 ~
On a préparé un produit vitreux comme lubrifiant de 3 _ , . . l , '' , , ' . , . : ~:, . . ' ' :
. . ~ . . ". , . ' , . .
1~376~8 filage, comportant 270 grarnmes de phosphate rnonosodique dihydraté
et 30 grammes de tétraborate de potassium tétrahydraté.
~es deux produits ont éte intimemen-t mélangés, chauffés progressivement jusqu'~ déshydratation totale, puis amenés à
l'état de fu3ion vitreuse. Après refroidissement9 le produit vitreux a été broyé de façon à passer entièrement au tamis ~aille de 63 micromètre~
Pui~, on a comprimé 200 grammes de ce produit broyé
sous forme d'un disque de 84 mm de diamètre et de 15 mm d'épai3- ;
seur que llon a introduit, au contact de la filière, dans le conteneur d'une presse de filage à grande vitesse9 préalablement " ,,~ . .
chauffé à environ 350C~ Puis on a introduit une billette en alliage AU4Pb~ défini ci-dessus, de 83 mm de diamètre et de 100 mm de long, préchauffée à environ 450C, et revêtue, sur toute sa surface périphérique, du même produit vitreux, et on a procédé immédiatement au filage.
Selon l'art antérieur, une billette en AU4Pb peut être filee à une ~itesse maximale de 12 mètres/minuteO On a réglé
la vitesse d'avance du fouloir de la presse de façon que le pro- ~`
filé sorte, au diamètre de 12 mm, à une vitesse de 282 mètres/
minute.
On a obtenu une bar~e exempte de tout dé~aut externe et interne, ayant des caractéri~tiques mécaniques équivalentes à celles de barres en AU4Pb filées à 450C, à 12 mètres/minute, avec lubrification au graphite.
Dans cet essai, le rapport de filage était de 50.
Exemp]e 2 :
Dans des conditions tout à fait ~emblables a celles de l'exemple 1, on a filé une autre billette d'AU4Pb, avec un ~apport de filage de 25, le profile sortant alors au diamètre de 17 mm, On a travaillé avec la même vitesse de filage de 282 ~0~ 8 ~
mètre3/minute, et la barre filce était~ égalemen-t9 parfai.tement saine et exempte de défauts.
`' ";' "'`~
: . . ;, , ~ .
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~ ~ : ~ .`',: `
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chaud, et à tres gr~nde vitesse? de métaux et d'alliages légers9 et particulièrement9 d'alu~inium, de magnésium et d'alliages base de l'un ou l'autre de ces métaux.
Il est connu d~ procéder au filage à chaud de métaux -à haute ténacité, et notamment de l'acier, en lubrifiant les filières au moyen d'un verre qui présente, a la température de ~ilage, généralement co~prise entre 1050 et 1150C, une vi~cosité ~;
de ltordre de 103 à 104 Poises. Il en résulte une moindre usure des filières, une diminution de la pression de filage et un excellent état de surface des produit~ filé3.
Ces procédés ~ont décrit~ dans les brevets Ugine~
Séjournet et, en particulier, dans les brevets français N 966~7733 1~041~251~ 1~086~008~ 1~094~534~ 1~148~824 pour ne citer que les ' plu9 anciens en date.
;~ On a déja tenté d'appliquer ces procédés aux alliages à base d'aluminium r ~ e brevet français 1 ~ 126 ~ 196 souligne les difficultés 20 du filage de l'aluminium avec lubrificatio~ au verre, et revendi-que l'utilisation de graphite, jugée préférable~ `
- Dans 18s certificats d'addition N 67~8419 67~842 et 67~843 aux brevets français respecti~s 1~107~913~ 1~121~65~ et 1.121.660, on a décrit le filage à chaud d'alliages aluminium silicium magnésium (série 6000)(désignation de 1' US Aluminium Association) et d'alliages aluminium-zinc-cuivre-~agnésium (série 7000) au moyen de verres co~po~és e~sentiellement d'anhydride pho~phorique, alumine et oxyde de sodium. Mais il n'a pas ét~
; possible de dépas~er des vltesses de filage de l'ordre de 18 à ~ ;
30 24 mètres/minute, alors qu'il est courant de filer de l'acier selon le procédé Ugine-Séjournet à des vitesses de l'ordre de 300 mètres/minute.
,, , ,, , ~ ~ ' ~71~4 51 .
La demanderesse a découvert qu'il était po~sible ;~-d'augmenter de façon très importante la-vitesse de filage à chaud de métaux et d'alliages légers, notamment d'aluminium, de magné- ;
sium, et d'alliages à base d'aluminium et de magnésium, en lu-bri~iant la filière avec un produit vitreux dont la viscosité
se situe entre 103 et 104 Poises pour une température de filage ~:
comprise en.tre 400 et 650C~ et qu'on pouvait ainsi atteindre des vites~es de filage supérieures à 100 mètres/minute et pouvant atteindre, et même dépasser 240 mètres/minute, et ju~qu'à 300 mètres~minute. ~::
Une composition de produit vitreux particulièrement .
bien adaptée ~ la miae en oeuvre de ce procédé comporte un mëla~ge de phosphate alcalin et de tetraborate alcalin dans une propor-tlon telle que la composition globale du mélange soit comprise ~:~
dans les limites suivantes :
- P205 : 25,6 à 68J3 % en poids B203 1,7 à 53 % "
- K20 : jusqu'à 30 ~ en poids - Ma20 : jusqu'à 40 % en poids Cependant, la présence de KzO n'est pas indispensable, ~ ; .
et il a été constaté que des compositions ternaires telles q.ue - P205 : 25,6 ~ 68~3 % en poids - B203 1,7 à 53 - Na20 : jusqu'à 40 ~0 en poids donnaient des résultats comparables et parfois, dans certains cas supérieurs, à ceux des compositions quaternaires comportant : .
:;; du K20. ~
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Cea produits ~itreux peuvent être obtenu~ ausai bie~
partir des phosph.ates et borates de sodium et/ou de potassium 3 qu'à partir des oxydes P205, B203, Na20 et/ou K20, de façon connue. `
On peut penser qu'à la température de filage entre 400 : ' 1~:)7(~1~L8 et 650C, il se produirait entre la produit vitreux défini ci-dessu3 et la billette de métal d'une part, et le container et la filière d'autre part, une reaction chimique superficielle conduisc~nt à la ~ormation de couches ~ faible coefficient de frottement entre lesquelles le produit vitreux jouerait, en plus, un r81e de lubrifiant. Cette hypothèse ne constitue, en aucune façon, une limitation de la portée de l'inven-tion.
Ce procédé 81 est révélé particulièrement bien adapté
au filage à chaud d'alliages répu-tés difficiles à filer tels que ceux des séries 2000, 5000 et 7000 (selon les designations de l'US Aluminium Association) et de quelques alliage~ particuliers, - -.
tels que l'AU4Pb (selon la désignation de la norme française ; ~
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NF~ Q2001) qui est un alliage de "décolletage" contenant motam- ~ -ment 4,2 % de cuivre, et environ 1,2 % de plomb, plus du magnésium et du manganèse. Ces ~lliages doivent normalement 8tre filés à
faible vitesse, sous peine de voir apparaître des criques super~
ficielles.
Les alliages filés par le procédé conforme à l'invention ne présentent pa~ de crique superficielle, pas de vide central, d~ à la différence de ~ite~se de filage entre le coeur et la péripherie, et ne comportent pas de zone pér~phérique à gros grains, par effet de recristallisation au ehaud au passage de la ~iliere~ comme c'est le cas da~s les procédés selon l'art anté-rieur dès que l'on cherche à augmenter la vitesse de filage.
~ es prodults ~ltreux conformes à l'in~ention ne présen tent aucun effet nocif pour le personnel ni pour 17environnement.
Ils ne sont pa~ hygroscoplques1 ce qui facilite le ~tockage et la manuten~ion. Ils sont, en outre, solubles dans l'eau, pure ou faiblement acidulée, ce qui permet de les éliminer de la `
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Exemple 1 ~
On a préparé un produit vitreux comme lubrifiant de 3 _ , . . l , '' , , ' . , . : ~:, . . ' ' :
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et 30 grammes de tétraborate de potassium tétrahydraté.
~es deux produits ont éte intimemen-t mélangés, chauffés progressivement jusqu'~ déshydratation totale, puis amenés à
l'état de fu3ion vitreuse. Après refroidissement9 le produit vitreux a été broyé de façon à passer entièrement au tamis ~aille de 63 micromètre~
Pui~, on a comprimé 200 grammes de ce produit broyé
sous forme d'un disque de 84 mm de diamètre et de 15 mm d'épai3- ;
seur que llon a introduit, au contact de la filière, dans le conteneur d'une presse de filage à grande vitesse9 préalablement " ,,~ . .
chauffé à environ 350C~ Puis on a introduit une billette en alliage AU4Pb~ défini ci-dessus, de 83 mm de diamètre et de 100 mm de long, préchauffée à environ 450C, et revêtue, sur toute sa surface périphérique, du même produit vitreux, et on a procédé immédiatement au filage.
Selon l'art antérieur, une billette en AU4Pb peut être filee à une ~itesse maximale de 12 mètres/minuteO On a réglé
la vitesse d'avance du fouloir de la presse de façon que le pro- ~`
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minute.
On a obtenu une bar~e exempte de tout dé~aut externe et interne, ayant des caractéri~tiques mécaniques équivalentes à celles de barres en AU4Pb filées à 450C, à 12 mètres/minute, avec lubrification au graphite.
Dans cet essai, le rapport de filage était de 50.
Exemp]e 2 :
Dans des conditions tout à fait ~emblables a celles de l'exemple 1, on a filé une autre billette d'AU4Pb, avec un ~apport de filage de 25, le profile sortant alors au diamètre de 17 mm, On a travaillé avec la même vitesse de filage de 282 ~0~ 8 ~
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Claims (5)
1. Procédé de filage à chaud de métaux et alliages légers permettant d'atteindre des vitesses de filage au moins égales à 100 mètres/minute, et pouvant atteindre 300 mètres/minute, caractérisé en ce que l'on interpose entre le métal ou l'alliage et la filière un produit vitreux dont la viscosité est comprise entre 103 et 104 poises à une température comprise entre 400 et 650°C, le produit vitreux étant composé de:
- P2O5 : 25,6 à 68,3 % en poids - B2O3 : 1,7 à 53 % en poids - Na2O : jusqu'à 38,9 % en poids.
- P2O5 : 25,6 à 68,3 % en poids - B2O3 : 1,7 à 53 % en poids - Na2O : jusqu'à 38,9 % en poids.
2. Procédé de filage à chaud de métaux et alliages légers selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit vitreux comporte en outre jusqu'à 30% en poids de K2O.
3. Procédé de filage à chaud de métaux et alliages légers selon la revendication 2, caractérisé en ce que le produit vitreux est soluble dans l'eau et ne reprend pas d'humidité au stockage.
4. Procédé de filage à chaud selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal filé est le magnésium ou l'aluminium.
5. Procédé de filage à chaud selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage léger filé est un alliage à base d'aluminium ou de magnésium.
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