CA1121954A

CA1121954A - Procede de fabrication de bandes composites par coulee continue

Info

Publication number: CA1121954A
Application number: CA000330009A
Authority: CA
Inventors: Dominique Klein
Original assignee: Manufacture Metallurgique de Tournus SA
Current assignee: Manufacture Metallurgique de Tournus SA
Priority date: 1978-06-19
Filing date: 1979-06-18
Publication date: 1982-04-20
Also published as: FR2429056B1; FR2429056A1; AU4808679A; BE877056A; ES481645A1; EP0007282A1; AU528267B2; JPS582734B2; JPS551998A; DK250579A; CH629410A5; TR20071A; GR64884B; US4224978A; PT69768A; IT1121288B; IT7923524A0; US4303741A; MA18484A1

Abstract

PRECIS DE LA DIVULGATION :
Procédé de placage d'une bande d'un métal ayant un point de fusion et une résistance mécanique plus élevés que l'aluminium sur une face au moins d'une bande d'aluminium par coulée continue entre cylindres au moyen d'une busette, la bande à plaquer étant interposée entre le ou les cylindres et l'alu-minium coulé. La bande de métal de placage est au contact du cylindre au moins sur la portion entre la génératrice la plus proche de l'extrémité de la busette et celle située dans le plan des axes des cylindres. Le jeu entre la busette et la bande de placage appliquée contre le cylindre est inférieur à 1 mm et l'allongement du métal de placage est supérieur à 1 % et inférieur à celui de l'aluminium solidifié. Application à la fabrication de bandes composites aluminium - cuivre ou aluminium-acier inoxydable.

Description

1~21954 La présente invention concerne un procédé de fabri-cation de bandes composites constituée~ d~une âme en aluminium rev8tue sur une face ou sur les deux faces d'un métal à point de fusion et à résistance mécanique Rensiblement plus élevés que l~aluminium, par coulée continue entre cylindres de l~alu-minium, avec interposition entre le ou les cylindres de travail et l~aluminium liquide d~une bande métallique de placage.
~ invention concerne également les bandes compo~ites obtenue~ par un tel procédé.
Dans tout ce qui suit, on désignera par "aluminium"
soit un aluminium pur, soit un alliage à base d~aluminium.
Le brevet français n 1 364 758 délivré le 19 Mai 1964 décrit dans son principe un procédé de coulée continue dans lequel le métal encore liquide est introduit entre deux cylindres refroidis et où llon interpose entre ce métal liquide et les cylindres de travail une bande de métal de placage qui est entra~née de fa~on continue avec le métal laminé et est ainsi plaquée sur celui-ci.
Ce procédé visait es~entiellement à plaquer sur une ébauche en aluminium dont la surface pré~entait, du fait du faible taux de corroyage, une texture assez grossière, une bande d'aluminium pré~entant une résistance à la corrosion améliorée et un état de surface de meilleure qualité ou ~e pretant mieux, en particulier, a des traitements d~oxydation anodique ou de brillantage.
Mais les indications données dans ce brevet ne per-mettent pas de réaliser de3 placages avec un métal ayant des caractéristiques nettement différente~ de l~aluminium, par ex-emple un placage d~acier inoxydable, qui donnent une adhérence suffisante pour que la bande composite puisse 8tre ultérieu-rement transformée.
on conna~t, par ailleurs, divers procédés de coulée --1-- ~

~Z~3154 continue de l'aluminium entre cylindres. Ainsi, le brevet français n 1 19~ 006 delivre le 8 Juin 1959, ainsi que son certificat d'addition n 74 839, decrivent un dispositif com-portant un bac d'alimentation qui reçoit le métal fondu d'un four de coulee et une busette de profil aplati, destinee à
repartir le metal suivant une bande de largeur donnée. L'ex-tremite de la busette est engagee entre deux cylindres paral-lèles espaces l'un de l'autre. Le metal fondu sortant de la busette se refroidit et se solidifie au contact des cylindres refroidis et est entraine sous forme d'une bande qui est soumise en raison de la courbure des cylindres, à une certaine pression. Lorsqu'elle a franchi le plan des axes des cylindres, la bande est enroulee sur une bobineuse.
Ce procedé permet de produire des bandes d'aluminium dans une gamme d'épaisseurs allant de 1,5 mm à 20 mm d'épais-seur dans des conditions économiques avantageuses.
La présente inventiona pour objet l'application de ce procede de coulee continue pour obtenir, à la sortie des cylindres, des bandes plaquees comportant une âme en aluminium d'epaisseur comprise entre 1,5 mm et 20 mm et un placage sur une ou deux faces d'un metal ayant un point de fusion et une résistance mécanique sensiblement plus élevés que l'aluminium, d'épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm, de façon à obtenir une excellente adhérence des deux composants.
L'invention permet d'obtenir des bandes composites susceptibles de subir des transformations ulterieures, par exemple par emboutissage, dans de bonnes conditions, le coût de fabrication de ces bandes etant très nettement competitif par rapport aux autres procedes de placage.
Selon la presente invention il est prevu un procédé
de placage d'une bande d'epaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm d'un metal presentant une resistance mecanique et un point de . :

~.~LZ~ 4 fusion sensiblement plus élevés que l'aluminium sur une face au moins d'une bande d'aluminium ou d'alliage d'alluminium d'épaisseur comprise entre 1,5 et 20 mm par coulée continue de l'aluminium entre des cylindres paralleles espacés, au moyen d'une busette de profil aplati de largeur égale a la bande a couler, placee au voisinage des cylindres, la bande à plaquer etant interposee entre le ou les cylindres et l'aluminium liquide, caractérisé en ce que:
a) la bande de métal de placage est au contact des cylindre sur au moins la portion comprise entre la generatrice la plus proche de l'extrémité de la busette et la genératrice située dans le plan des axes des cylindres, b) le jeu entre la busette et le cylindre entrainant le metal de placage est inferieur a l'epaisseur de la bande de placage augmentee de 1 mm, et c) la vitesse de coulee est telle que l'allongement du metal de placage est supérieur à 1 % et inferieur à celui de l'alu-minium une fois solicifie.
De préférence, la bande de métal de placage est au contact du cylindre sur un arc de contact supérieur à 30C.
Le métal de placage peut être, par exemple, le cuivre ou l'acier inoxydable. Dans le cas de l'acier inoxydable, l'allongement de la bande est compris de préférence entre 3 et 10 %.
La Demanderesse a constaté, d'autre part, qu'aux conditions specifiques de coulee assurant une excellente adhérence des composants du placage, on pouvait associer une structure metallurgique particulière de la couche d'aluminium solidifiee à la sortie~des cylindres. En effet, cette couche présente dans ces conditions, en section longitudinale, des dendrites de solidification en forme d'arrêtes de poisson, orientées dans le sens contraire de l'avance de la coulée, :~lZ1954 dont la direction moyenne forme, avec le plan de la bande, un angle inferieur a 85 et, de preference, inferieure a 75.
Cette structure appara~t tres clairement lorsque, par exemple, on traite la surface de la section par un réactif ~usuel pour macrographie.
Lorsqu'on opere un placage de même nature et de même épaisseur sur les deux faces de la bande, il va de soi que les conditions d'échange thermique entre la bande et les deux cy-lindres sont a peu pres identiques. Dans ce cas, les dendrites . 10 sont donc approximativement symetriques par rapport au plan median de la couche d'aluminium. Ce n'est evidemment plus le cas ~ . .

....

~IIZ1~5~

lorsque l.e placage n~est fait que sur une ~eule face. Dans ce cas, l~alignement des sommets des dendrites ne co~ncide plus avec le plan médian mais est décalé vers la face plaquée~
On a constaté que, dans les conditions de coulée définies ci-dessus et conduisant à une bonne adhérence des com-posants, le décalage par rapport au plan médian ne devait pas dépasser 10 ~ de la demi-épaisseur de la couche dtaluminium.
~ invention sera mieux comprise par la description détaillée suivante, faite au regard des des~ins ci-joints, dans lesquels:
- la figure 1, représente un schéma général du dispositif de coulée continue permettant la fabrication de la bande composite selon l'invention, et - la figure 2, représente une section longitudinale d~une bande composite avec placage sur une face faisant appara~tre les dendrites de solidification.
~ a figure 1 représente un dispositif de coulée com-prenant une goulotte 1 contenant l~aluminium liquide 2 muni d~un piquage 3 et d~un flotteur 4 permettant de maintenir un niveau constant de métal dans le bac d~alimentation 5. Celui-ci est en communication avec une busette 6 présentant une ex-trémité effilée ~ui débite`.le métal fondu par son ajutage 7 sur une largeur égale à celle souhaitée pour la bande, entre les deux cylindres 8 et 9. Une bande de métal de placage 10 est déroulée de manière à venir au contact du cylindre 9 avec un arc de contact 11 au moins égal à celui compris entre la g~nératrice 12 la plus proche de l~extrémité de la busette et le plan 13 des axes de~ cylindres. Il est intéressant que llarc de contact soit asse~ important de manière à permettre le réchauffage de ~0 la bande de placage 10 et une désorption de lthumidité super-ficielle.
Pour favoriser llopération de placage, on prépare la l~lZ195~

surface de la bande par le~ procédé~ connus tel~ que dégrais-sage, décapage, brossage, abrasion. Ainsi, la bande 10 peut être, avant son introduction au contact de l'aluminium, préala-blement dégraissée et abra~ée sur la face qui va etre rev~tue d'aluminium, par exemple par brossage, de façon à lui conférer une rugosité de l'ordre de 0,1 à quelques microns C~A environ.
On a constaté qu'il était souhaitable que l'opération d'abrasion se fasse ~uste avant le placage plut8t que de la faire dans une opération préalable. Par contre, l'autre face au contact du cylindre doit, de préférence, rester lisse pour ne pas détério-rer lléchange thermique.
Pour obtenir un bon contact avec le cylindre 9, la bande 10 peut bien entendu être soumi~e à une traction, par exemple 5 à 100 MPa.
~ e ~eu entre llextrémité de la busette et le cylindre 9 revetu de la bande 10 doit 8tre juste su~fisant pour éviter un frottement trop important qui risquerait de détériorer la busette et un r~clage du lubrifiant sur le cylindre non rev~tu.
Il doit être limité à 1 mm environ de manière à éviter une ins-tabilité du ménisque d'alumine qui se forme dans ce jeu, ce qui serait pr~udiciable à l'adhérence.
La limitation de ce jeu est obtenue par la précon-trainte de la cage du laminoir de coulée à une valeur d'effort voisin de celui obtenu en fonctionnement qui contre-balance le jeu d~ au cédage.
Au passage entre les cylindres, l'aluminium se solidi-fie progressivement. Si ~a solidification est achevée avant sa sortie des cylindres à une épaisseur E, il subit en plus un laminage qui réduit son épaisseur à e. Le taux de réduction - x 100 entre la sortie de la busette et la sortie des cy-- E
lindres est généralement compris entre 10 et 40 %. La bande 1~219~

de placage est légèrement laminée en passant entre les cylin-dres. Une condition pour obtenir un placage correct est que l~allongement de la bande de placage soit supérieur à 1 % tout en restant inférieur à l~allongement de l~alt-minium entre la fin de la solidification et la sortie des cylindres.
Quant à la vitesse d~avance, elle joue un rôle im-portant.
~a vitesse maximale théorique d~une coulée continue entre cylindres est celle pour laquelle le point le plus en avant du front de solidification, se trouve aux environs du plan des axes des cylindres.
En pratique, dans une coulée d~aluminium non plaqué, on opère à une vitesse un peu inférieure à cette vitesse théo-rique. Quand on introduit une bande de placage, on a constaté
qu~il était nécessaire, pour obtenir un bon placage, de limiter `davantage la vitesse de manière à conserver un taux de xéduction suffisant du métal de base. Si l'on veut aller plus vite, on constate que la bande de placage, ~urtout lorsqu~elle e~t mince, a tendance à plisser vraisemblablement parce que, l~aluminium n~tant solidifié qu~au voisinage du plan médian, cette bande est moins bien appliquée contre le cylindre.
~e refroidissement de la bande composite à la sortie des cylindres se fait ~implement à l~air. Contraixement à
l~enseignement du brevet français n 1 364 758, on n~a pas in-térêt, dans le ca~ du placage d~acier inox~dable, compte tenu des coefficients de dilatation différents de l~aluminium et l~acier, à refroidir rapidement, ce qui augmenterait les con-traintes à l~interface entre les deux métaux. ~u contraire, il vaut mieux que le refroidissement soit lent dan~ le domaine de température de 450 à 250C environ pour que les dilatations soient résorbée par le fluage de l'aluminium. On peut le faire sans crainte d~apparition éventuelle de phases interm~talliques , ~12~54 fragiles car on est dans une zone de température où ces phases ont peu de chances de se former rapidement ~e refroidissement devra ~être plus rapide au début dans le cas où le métal de pla-cage est un alliage cuivreux.
Il e~t avantageux de faire, aprè~ le refroidissement de la bande, une pas~e de laminage qui permet d'améliorer l'adhérence du placage et conférer à l'aluminium des propriétés de métal corroyé qui sont généralement meilleures que celles du métal de fonderie.
On n'a évidemment pas intérêt à écrouir trop le métal de placage dans le cas où la bande compo~ite doit être ultérieu-rement transformée, par emboutissage par exemple.
Cependant, le procédé permettant d'obtenir des bandes composites assez minces entre 1,5 et 6 mm, contrairement aux procédés de l'art antérieur, on peut utiliser directement la bande coulée sans laminage.
on a décrit ci-des~us un procédé permettant le placage d'une bande sur une face de la bande d'aluminium coulée. Si on veut obtenir une bande d'aluminium plaquée sur les deux faces, on déroule sur le cylindre 8 une bande métallique dans les même~ conditions que la bande 10 sur le cylindre 9. Dans ce cas~ la vitesse de coulée est légèrement inférieure à ce qu'elle serait pour un plaoage sur une seule face. Ce procédé s'appli-que quelle que soit l'inclinaison de l'axe des cylindres par rapport à la verticale.
~ a figure 2 montre l'aspect d'une section longitu-dinale d'une bande composite aluminium-acier inoxydable après décapage au réactif fluochloronitrique de macrographie. On voit apparaitre, dans la couche d'aluminium, des dendrites de soli-dification en forme d'arêtes de poisson, dont la direction moyenne forme, avec le plan médian de la bande un angle infé-rieur à 75. En raison de la di~symétrie du rev~tement, la ~12~ 4 ligne des sommets des dendrites ~e trouve légèrement décalée du c8té du placage, mais avec une excentration inférieure à
20 ~.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des bandes composites aluminium-métal avec un métal ayant un point de fusion et une résistance mécanique sensiblement plus élevés que l'aluminium et, plu9 particulièrement, des bandes compo-sites aluminium-cuivre ou aluminium-acier inoxydable utilisables en particulier pour la fabrication d'usten~iles culinaire~ ou dléchangeurs de chaleur et ceci dans des conditions économiques particulièrement intéressantes. L'adhérence entre~ les compo-sants est excellente.
L'invention sera également illustrée par des exemples de réali~ation non limitatifs:
xemple 1 :
De llacier inoxydable austénitique selon la désigna-tion AISL 304 de 0,3 mm d'épais3eur est plaqué sur de l'aluminium 1050 de 10 mm d'épaisseur par coulée continue entre cylindres de 600 mm de diamètre. Aprè~ dégraissage, l'acier inoxydable est brossé à la bro~se métallique de facon à obtenir une rugo-sit~ de l'ordre de 1 micron CLA, pui~ placé dans l'intervalle de 1 mm environ entre le cylindre et l'extrémité de la busette d'alimentation de l'aluminium. -La bande d'acier inoxydable enveloppe le cylindre sur un angle de 90 environ.
Au cours de l'opération de placage, la bande d'acier inoxydable subit un allongement de 8 ~ environ. L'excsntration de la dorsale de solidification de l'aluminium est de 5 % en-viron, l'angle des dendrites est de 15 environ avec le plan30 médian.
L'adhérence de~ produits obtenus e~t bonne.
~xemple 2 :

12~9~4 De l'acier inoxydable ferritique AISI 434 de 0,4 mm d'épaisseur est plaqué sur de l'aluminium 1050 de 2,6 mm d'épais-seur par coulée continue entre cylindres de 600 mm de diamètre.
Après dégraissage, l'acier inoxydable est brossé à la brosse métallique de ~ac,on ~ obtenir une rugosité de l'ordre de 1 mi-cron CL~, puis est placé dans l'intervalle de 0,6 mm environ entre le cylindre et l'extrémité de la busette dtalimentation de l'aluminium.
~a feuille d'acier inoxydable enveloppe le cylindre sur un angle de 90 environ.
Au cours de l'opération de placage, la feuille d'acier inoxydable subit un allongement de 3 ~ environ. ~'excentration de la dorsale de solidification de l'aluminium est de 5 ~0;
l'angle des dendrites est de 60 avec le plan médian.
~'adhérence de~ produits obtenus est bonne. Après un laminage à froid avec un réduction de 30 %, le produit est emboutis~able.
~xemple 3 :
Du cuivre de 0,5 mm d'épaisseur est plaqué sur de l'aluminium 1050 de 6 mm d'épaisseur par coulée continu entre cylindres de 600 mm de diamètre. Après dégraissage, le cuivre est bros3é à la brosse m~tallique de façon à obtenir une rugo-sité de 1,5 microns CIA, puis placé dans l'intervalle de 1 mm environ entre le cylindre et l'extrémité de la busette d'ali-mentation de l'aluminium.
~ a feuil]e de cuivre enveloppe le cylindre sur un angle de 30 environ.
Au cours de l'opération de placage, la feuille de cui-vre subit un allongement de 10,5 % environ. ~'excentration de la dorsale de solidi~ication de l'aluminium est de 1 % en-viron; l'angle des dendrites est de l'ordre de 30.
~ 'adhérence des produits obtenus permet un relaminage à froid par pas~es successives jusqu'~ une épai~seur de 3,25 mm, soit un taux de réductlon de 45 %.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé de placage d'une bande d'épaisseur com-prise entre 0,1 et 1 mm d'un métal présentant une résistance mécanique et un point de fusion sensiblement plus élevés que l'aluminium sur une face au moins d'une bande d'aluminium ou d'alliage d'alluminium d'épaisseur comprise entre 1,5 et 20 mm par coulée continue de l'aluminium entre des cylindres parallèles espacés, au moyen d'une busette de profil aplati de largeur égale à la bande à couler, placée au voisinage des cylindres, la bande à plaquer étant interposée entre le ou les cylindres et l'aluminium liquide, caractérisé en ce que:
a) la bande de métal de placage est au contact du cylindre sur au moins la portion comprise entre la génératrice la plus proche de l'extrémité de la busette et la génératrice située dans le plan des axes des cylindres, b) le jeu entre la busette et le cylindre entraînant le métal de placage est inférieur à l'épaisseur de la bande de placage augmentée de 1 mm, et c) la vitesse de coulée est telle que l'allongement du métal de placage est supérieur à 1 % et inférieur à celui de l'alumi-nium une fois solidifié.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de métal de placage est au contact du cylindre sur un arc de contact supérieur à 30°.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de placage est abrasée sur la face devant adhérer à l'aluminium avant l'introduction dans la zone de coulée.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande de placage est abrasée par brossage.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'opération de brossage précède immédiatement la coulée.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande composite est laminée à froid après refroi-dissement.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal de placage est un alliage cuivreux.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal de placage est l'acier inoxydable.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'allongement de l'acier inoxydable entre les cylindres de coulée est compris entre 3 et 10 %.

10. Bande composite constituée d'une épaisseur d'alu-minium coulé comprise entre 1,5 et 20 mm et d'un placage sur une face au moins, d'épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm d'un métal présentant une résistance mécanique et un point de fusion sensiblement plus élevés que l'aluminium, caractérisé en ce que la section longitudinale de la bande d'aluminium présente des dendrites de solidification en forme d'arêtes de poisson dont la direction moyenne par rapport au plan de la bande est infé-rieure à 85°,

11. Bande composite selon la revendication 10, carac-térisée en ce que ladite direction moyenne est inférieure à
75°

12. Bande composite selon la revendication 10, compor-tant une seule face plaquée, caractérisée en ce que les som-mets des dendrites de solidification sont distants du plan médian de la couche d'aluminium de moins de 10 % de la demi-épaisseur de cette couche.

13. Bande composite selon les revendications 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que son épaisseur est comprise entre 1,5 et 6 mm.