Procédé de fabrication de tôles en matière ferreuse revêtues d'aluminium et tôle revêtue obtenue par ce procédé. La présente invention concerne un pro cédé de fabrication de tôles en matière Ter reuse revêtues d'aluminium. Elle comprend également la tôle munie d'un revêtement ob tenue par ce procédé.
On sait. qu'il est facile de revêtir par im- mersion à chaud des tôles ou bandes de fer ou d'acier doux avec de l'aluminium, en appliquant par exemple les procédés et en utilisant les appareils décrits dans le brevet américain N 2110893 du 16 juillet 1935.
Du fait que les procédés décrits dans ce brevet impliquent un traitement. thermique qui s'effectue à la manière d'un-recuit, les produits revêtus à chaud obtenus ont une bonne malléabilité et ductilité facilitant le tréfilage, tandis que l'adhérence -du revête ment d'aluminium est suffisante pour per mettre ces opérations.
Or, certains produits finis exigent une épaisseur de revêtement. sensiblement infé. rieure à l'épaisseur minimum qu'on peut actuellement. obtenir avec les traitements par immersion à chaud. Dans ces cas particuliers, le produit enduit est. laminé à, froid après le traitement par immersion et l'on a constaté que le revêtement obtenu de la façon indiquée plus haut supporte facilement ce laminage à froid.
La conséquence du laminage à froid est un durcissement de la tôle de fer ou d'acier en fonction du travail à froid exécuté sur la tôle, ce qui détruit, d'ordinaire, les caractéris tiques de malléabilité et l'aptitude à l'étirage de la matière. Attendu que pratiquement la totalité des produits que l'on doit fabriquer ultérieurement à partir de cette matière exigera. soit un étirage, soit un estampage oit emboutissage, il est tout indiqué d'appliquer un traitement thermique du genre d'un recuit amollissant.
Cependant, un traitement thermique à une température suffisamment élevée pour produire l'amollissement du fer ou de l'acier pendant une période de temps dé terminée, aura pour conséquence de produire, durant la même période de temps, un alliage total entre le revêtement en aluminium et le métal qui compose la feuille ou la bande traitée.
Il semble que le seul procédé satisfaisant actuellement connu pour recuire des tôles de fer ou d'acier, préalablement, recouvertes d'aluminium, de façon à ne pas produire d'alliage, soit le procédé dans lequel on réunit entre elles des couches de fer et d'alu minium qu'on lamine, ensemble, pour former une plaque que l'on réduit ensuite à la min ceur désirée par un travail à froid;
cette réduction à froid est si forte, par exemple de l'ordre de 98 %, que la recristallisation se produit à une température anormalement lasse. Dans ces circonstances, il est possible de produire iui amollissement sans produire un alliage complet de l'aluminium avec le fer. Ces réductions excessives ne sont pas écono miques, attendu qu'elles doivent être exé cutées sur de petits laminoirs et sur de pe tites plaques.
Dans certaines applications où l'on exige -une surface d'aluminium brillante, un tel. alliage total de la couche d'aluminium avec le fer du support est inacceptable. Pour cer taines autres applications, le simple fait qu'un produit, en fer ou en acier, soit revêtu d'un alliage aluminium-fer, au lieu d'alumi nium, n'est pas nécessairement un inconvé nient.
L'alliage aluminium-fer ainsi produit est de couleur gris noir, ce qui peut. être dé sirable dans certaines applications, par exem ple pour la tôle destinée à la fabrication de lèchefrites et autres plateaux métalliques de cuisson devant absorber et transmettre de la chaleur reçue par rayonnement. Dans la fa brication d'anodes pour tubes de radio, il est également nécessaire d'avoir une surface ayant un coefficient élevé de rayonnement.
Toutefois, lorsqu'on réduit ultérieurement à froid à -une plus faible épaisseur une feuille métallique trempée à chaud dans de l'alumi nium, et qu'on traite thermiquement cette feuille à un degré suffisant pour amollir le support métallique et convertir complètement le revêtement en alliage fer-alitminilim, cet alliage est friable et de faible adhérence, de sorte qu'il est impossible d'emboutir ou d'éti rer la feuille sans détruire et écailler le revêtement en alliage, ce qui laisse le métal de support sans protection.
Le procédé selon l'invention, par contre, permet d'obtenir itn produit dans lequel l'ad hérence de la couche d'alliage d'aluminium par rapport au métal de base est tellement forte qu'on peut soumettre l'ensemble ainsi obtenu à des opérations énergiques d'embou tissage ou à des opérations répétées et éner giques d'étirage sans que le revêtement su bisse une destruction ou un effrittement quelconque appréciables.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on forme sur une pièce en matière ferre-Lise une couche d'aluminium dont. l'épaisseur est com prise entre 0,0025 et 0,0075 mm, on chauffe la pièce revêtue de faeon que le revêtement d'aluminium s'allie au fer de la pièce pour former une mince couche d'alliage d'alumi nium capable de résister à des opérations ulté rieures d'emboutissage et d'étirage.
L'addition de silicium, de magnésium ou d'autres subs tances au bain d'aluminium -utilisé pour for- .lier le revêtement peut être désirable pour diverses raisons et, en conséquence, par ahi- minium , on entend ici non seulement. le mé tal à peu près pur, mais aussi l'aluminium contenant de faibles quantités d'autres subs tances, y compris celles mentionnées ci-dessus.
Certains exemples de mise en oeuvre du procédé seront décrits maintenant.
Sur le dessin La fig. 1 est une vue photomicroscopique d'une bande d'acier enduite d'aluminium montrant de fines craquelures superficielle:: qui ne pénètrent pas dans le métal-support, et la fig. 2 est également une vue photo- microscopique d'une bande d'acier revêtue d'aluminium et montrant des craquelure.i superficielles considérables qui pénètrent dans le métal-support.
Bien que la description ci-dessous con cerne des mises en ceuvre qui entraînent un laminage à froid, il est. bien entendu qu'il peut y avoir avantage à appliquer le procédé selon l'invention même dans les cas où l'épais seur désirée de la matière de support et l'épaisseur exigée pour le revêtement, peuvent être obtenues différemment.
La Côte ou bande métallique de base peut être en fer ou en acier doux, qu'il s'agibse d'une qualité débarrassée des gaz dissous ou non (acier calmé ou acier lion calmé) ; toute fois, on peut utiliser d'autres métaux terreux comme support.
La feuille ou bande métallique de base sera de préférence revêtue d'une couche subs tantielle et fortement adhérente d'aluminium, cette couche pouvant contenir éventuellement, comme on l'a exposé plus liant, de petits pourcentages d'autres composants alliés. Le revêtement s'effectue, de prëférence, à l'aide des procédés et des appareils décrits dans le brevet indiqué ci-dessus.
La bande ou feuille .de fer ou d'acier, revêtue d'aluminium, peut. être ensuite la minée à froid jusqu'à obtention de l'épais seur voulue, la seule condition étant que l'épaisseur de la couche d'aluminium soit comprise entre 0,0075 et 0,0025 mm. L'épais seur de la couche peut être mesurée soit par des procédés microscopiques, soit, de préfé rence, par des procédés chimiques dans les quels on détermine le poids moyen de la couche par unité de surface.
Pour le produit laminé à froid, un poids de 1,4 g de revêtement pour 9,3 dm2 repré sente sensiblement 0,0025 mm d'épaisseur, qu'il s'agisse d'aluminium pur ou d'alumi nium contenant 9 /o de silicium. Il peut être avantageux de régler l'épaisseur de la couche de revêtement en fonction de l'épaisseur du support. Ainsi, à une feuille ou bande, en fer ou acier, destinée à servir dans la fabrica tion d'anodes pour tubes de radio et d'une épaisseur de l'ordre de 0,13 mm, il est indi qué d'associer un revêtement dont. l'épaisseur se rapproche de la limite inférieure spécifiée.
A une feuille ou bande en fer ou acier des tinée à la fabrication de lèchefrites ou de tourtières et d'une épaisseur de l'ordre de 1,3 mm, il est préférable d'associer un revête ment d'aluminium d'une épaisseur se rappro chant de la limite supérieure.
Le traitement thermique que comprend le procédé suivant l'invention, peut s'effectuer sous forme d'un recuit en vase clos ou d'un recuit à four ouvert ou continu. L'amollisse ment obtenu est fonction du temps et de la température, les températures plus élevées nécessitant de plus courtes durées. Par ail leurs, la rapidité de l'amollissement dépend, en général, du degré de réduction à froid pra tiqué sur le produit revêtu d'aluminium.
La plus basse température praticable pour amollir le métal de base ou pour former l'al liage de revêtement se situe autour de 565 C environ et, à cette température, le temps né cessaire pour obtenir un amollissement suffi- sant sera de l'ordre de plusieurs heures, con formément à la. pratique du recuit en vase clos. Lorsque la température s'élève, la durée nécessaire pour obtenir l'amollissement dimi nue rapidement, de même que la durée pour produire l'alliage total de la couche d'alumi-- nium avec le fer du support.
Ainsi, à 843 C on obtient un amollissement satisfaisant- et un alliage total dans une période qui se mesure en secondes ou en minutes suivant 'L'épaisseur de la base métallique. Par exemple, on a constaté que, pour un support métal lique de 0,13 mm d'épaisseur, 17 secondes suffisent, alors que pour une épaisseur de 1.,3 mm il faut environ 2 minutes.
D'ordinaire, on peut obtenir d'excellents résultats en appliquant des traitements de recuit. en four ouvert entre 787 et 954 C environ, avec des durées variant. entre 7 mi nutes et 17 secondes.
Les qualités de la couche d'alliage peuvent être modifiées par un surchauffage. C'est ainsi que lorsque la. température dépasse 980 C environ, cette couche d'alliage a ten dance à prendre un aspect grisâtre, tandis que son adhérence diminue d'une faon sensible.
Des observations au microscope font pen ser que ce phénomène résulte d'une diffusion ultérieure du fer dans l'alliage de revêtement, ce qui produit un accroissement de l'épaisseur. de la couche d'alliage et, comme conséquence, une diminution de son adhérence. Il est donc préférable de limiter les températures de recuit à environ 954 C. Les qualités des revêtements peuvent être également diminuée., lorsqu'on maintient. trop longtemps la ma tière à des températures plus basses.
Ainsi, lorsque l'alliage total se produit en 17 secondes à. 843 C, il est tout indiqué d'opérer le re cuit en four ouvert ou continu, car un recuit. en vase clos prolongerait inutilement la durée de maintien de la matière à cette tempéra ture élevée.
Lorsque le temps nécessaire à l'amollissement jusqu'à un degré désiré se me sure en heures, pour une température déter minée, le recuit en vase clos est préférable; toutefois, lorsqu'on emploie une température qui produit un alliage total dans ime période qui se mesure en minutes ou en secondes, le recuit préférable est celui au four ouvert oa continu.
Le choix des températures et des du rées peut être déterminé dans une large me sure par les qualités qu'on désire donner au produit final, mais il est bien entendu que le maintien prolongé à des températures éle vées diminue la finesse de la.
texture et augmente la déformabilité. L'expression défor- mabilité utilisée dans la présente descrip tion signifie la capacité de la matière en feuille ou en bande de subir un pliage si angles vifs sans qu'elle ait tendance à re prendre élastiquement sa forme initiale, tandis que l'expression aptitude à l'étirage désigne la propriété qui permet à la matière de se déformer par étirage dans des filières appropriées.
Alors que le degré maximum de déformabilité réalisable, toutes autres condi tions étant égales, peut être atteint par un maintien prolongé à une température élevée, on peut obtenir un degré satisfaisant de dé- formabilité pour la plupart des applications ultérieures en opérant -des recuits en four ouvert ou continu à des températures un peu plus élevées.
Par recuit en four ouvert ou recuit con tinu, on désigne un traitement. thermique dans lequel la matière se déplace le long d'un four tunnel.
L'atmosphère dans laquelle s'effectue le traitement thermique ne présente pas -une im portance prépondérante. On peut utiliser des atmosphères oxydantes, surtout pour des recuits continus ou en four ouvert; il est ce pendant préférable d'opérer dans une atmo sphère non oxydante, composée de gaz inerte, tel que l'azote, etc., ou dans toute autre atmo sphère réductrice qu'on peut produire indus triellement .et qui est formée d'hydrogène, de gaz ammoniac dissocié, etc. Il n'est. pas néces saire d'utiliser ce qu'on appelle communé ment une atmosphère de recuit brillant.
Le laminage à froid de la matière en fer ou en acier revêtue d'aluminium peut s'effec- tuer _ à l'aide de tout appareillage convenable lorsqu'il est nécessaire.
Lorsqu'on opère le revêtement de fer ou d'acier avec de l'aluminium par. immersion à chaud, il est. désirable de vérifier soigneuse- ment l'uniformité de la. couche de revêtement. De plus, l'épaisseur des couches appliquées par immersion à chaud est limitée et ne peut varier de beaucoup si l'on recherche l'homo généité de la couche. Par exemple, on peut appliquer des revêtements d'aluminium d'uni formité contrôlée avec une épaisseur approxi mative de 0,025 à. 0,05 mm par les moyens ordinaires, et d'une épaisseur de l'ordre de 0,013 mm environ par le procédé décrit dans le brevet américain N 2398034.
Il est évident qu'une réduction substantielle à froid d'une matière recouverte de ce genre sera néces saire pour réduire l'épaisseur des revêtement jusqu'à 0,0075 à 0,0025 mm. Il existe géné- ralemerit une limite supérieure pratique de l'épaisseur de ia matière en bande pouvant. passer à travers l'appareillage de revête ment des types mentionnés ci-dessur;, cette limite se situant entre 3,175 et 3,8 111111.
D'autre part, des considérations économiques, quant à l'emploi des appareils et les liitiita- tions mécaniques imposées par ces appareils, militent contre le revêtement de feuilles d'iiiic minceur excessive;
de toute façon, on cons tatera qu'il est avantageux de pratiquer un travail à froid considérable sur les produits revêtus de la couche d'alliage pour réduire le, revêtements les plus minces réalisables à la gamme d'épaisseurs propre à la présente un- v ention.
On peut facilement- déterminer (pour des produits définitifs dans lesquels l'épaisseur de la feuille ou bande-support en fer ou acier devra se situer approximativement. entre 2 m111 et 0,13 min avec des revêtements d'aluiniiiiiriii compris entre 0,0075 et 0,0025 mm d'épais seur), les épaisseurs respectives de la. tôle on bande initiale qui convient. au revêtement. ci) aluminium, des revêtements initiaux d'alu minium proprement dits ainsi que les degrés de réduction à froid à exécuter sur le pro- duit recouvert.
A titre d'exemple, on trou vera ci-après des données que l'on peut uti- liser pour obtenir des bandes amollies à un degré satisfaisant. et revêtues d'une couche d'alliage, les bandes ayant. respectivement une épaisseur finale de 0,13, 1,3 et. 2,03 mm d'épaisseur.
Exemple <I>1:</I> Laminer à chaud jusqu'à 2,03 mm. Réduire à froid à 1 mm.
Revêtir chaque face avec 0,025 mm d'alumi nium.
Réduire à froid à 0,13 mm.
Epaisseur finale de l'ainminium :sur chaque: face: 0,0033 mm.
Recuit en four ouvert, à 813 C pendant 17 secondes dans une atmosphère d'NH.; dissocié.
Exemple <I>2:</I> Laminer à chaud à 4,57 mm. Réduire à froid à 2,54 mm.
Revêtir chaque face d'aluminium avec rées Huyage sous une épaisseur de 0,013 mm. Réduire à froid à 1,3 mm.
Epaisseur finale clé l'aluminium: 0,00635 mm sur chaque face. Recuit en four ouvert à 802 C pendant 4 minutes dans une atmo sphère d'NFIs dissocié.
<I>Exemple 3:</I> Laminer à chaud à 3,81 mm.
Revêtir chaque face d'aluminium avec rées- suyage sous une épaisseur de 0,013 mm. Réduire à froid à 2,03 mm.
Epaisseur finale de l'aluminium: 0,00686 mm sur chaque face.
Recuit. en four ouvert à, 802 C pendant 7 mi nutes.
Les traitements thermiques appliqués en dernier dans les exemples ci-dessus produisent. des revêtements noirs offrant l'adhérence dé sirée et donnent à la matière une malléabilité suffisante pour permettre l'emboutissage et l'étirage ultérieurs.
Dans le cas particulier de bandes métal liques pour tubes électroniques, la matière en bandes ou feuilles que l'on prépare pour la fabrication d'électrodes pour tubes électro- niques doit. présenter une malléabilité suffi sante pour ne pas produire une usure exces- sive des outil:-, conformateurs et, ce qui est d'une importance beaucoup plus essentielle, cette matière doit conserver sa forme, géné ralement compliquée, après avoir été em boutie, avec ,des tolérances très serrées.
Une machine pour essai physique permet tant de déterminer si la matière satisfait h cette condition est la machine de contrôle d'emboutissage définie par les normes ASTM-B-155-41T. Pour l'emploi des outils d'emboutissage courants, il a été constaté que la matière destinée à la fabrication des anodes doit présenter un angle de déformation de 35 (ou au-dessous), mesuré par la.
machine précitée, cette valeur d'angle étant exigée pour les matières destinées à cet usage, bien que l'on tolère une marge pour ce chiffre limite, en général avec un maximum de 40 , dans le cas de production continue de la ma- ti ère.
Après avoir été laminée à froid à l'épais seur voulue, généralement à environ 0,013 min, la matière présente un angle de cambrage aux essais sensiblement supérieur à. 35 indépen damment de l'épaisseur, du degré de réduc tion en épaisseur, de sorte qu'il. est évident que cette matière doit être amollie avant. de l'utiliser. En outre, il est nécessaire que cet amollissement puisse être répété du point de vue production pour permettre d'alimenter continuellement, en matière les machines qui forment les anodes.
Le tableau ci-après, qui indique les degré de pliage obtenus à l'essai à partir d'une série de bandes de 0,013 mm d'épaisseur et revêtues de différentes épaisseurs d'alliage d'alumi nium, démontre qu'il est possible d'applique, à cette bande un recuit brillant à une tempé rature égale ou inférieure à 538 C, de faon à. obtenir un produit satisfaisant à l'essai de conformation. A titre de comparaison, les degrés de pliage obtenus avec des épaisseurs d'aluminium non comprises dans les limites de l'invention sont également donnés dans ce tableau.
EMI0006.0001
Temp.OC <SEP> 0,00584 <SEP> mm <SEP> 0,00635 <SEP> mm <SEP> 0,00838 <SEP> mm <SEP> 0,00914 <SEP> mm <SEP> 0,0127 <SEP> mm <SEP> 0,01524 <SEP> mm
<tb> 482,2 <SEP> 24 <SEP> 41 <SEP> 43 <SEP> 55 <SEP> 33 <SEP> 43
<tb> 509,9 <SEP> 28 <SEP> 33 <SEP> 32 <SEP> 59<B>1,</B> <SEP> 33 <SEP> 47
<tb> 537,7 <SEP> 28 <SEP> 28 <SEP> 30 <SEP> 39<B>1,</B> <SEP> 33 <SEP> 41 Les valeurs en mm indiquent l'épaisseur de l'aluminium sur des bandes de 0,7.3 mm d'épaisseur.
Le tableau suivant des angles de pliage à l'essai démontre que plus l'épaisseur de l'alliage d'aluminium augmente au-delà de la limite prévue par l'invention, plus il deviens progressivement difficile d'amollir la matière à un degré suffisant, même en augmentant la durée oui la température.
EMI0006.0008
Temp. <SEP> 00C <SEP> Séjour <SEP> dans <SEP> le <SEP> 0,0127 <SEP> mm <SEP> 0,00838 <SEP> mm <SEP> 0,00635 <SEP> mm
<tb> four <SEP> en <SEP> minu<U>te</U>s
<tb> 676,7 <SEP> 4 <SEP> 390 <SEP> 320 <SEP> 29o
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L'épaisseur pratique minimum de l'alumi nium se détermine à l'aide des facteurs con cernant l'augmentation du gaz dégagé par l'électrode dans le tube électronique et par l'impossibilité technique de revêtir l'acier avec de très minces couches d'aluminium par immersion à chaud.
La. limite supérieure de température pour le traitement de la bande de 0,13 mm des tinée à servir pour la fabrication d'électrodes est, suggérée par deu-x raisons. La- première est la suivante: Si deux morceaux de bande provenant de la même feuille sont recuits et noircis simultanément l'un à 676"7C et l'autre à 8980 8 C, on observe une différence.
de comportement en- ce- qui concerne la -.facilité de conformation ou d'emboutissage. Lorsqu'une matière recuite et noircie à 6760 7 C est pliée suivant une courbure de rayon très réduit, sa, surface révèle de très fines craquelures très rapprochées, mais dont. aucune ne pénètre dans le support métal lique sous-jacent.
A cet. effet, on peut se réfé rer à la. fig. 1 du dessin qui montre une vue photomicroscopique de la bande d'acier revc- tue d1luminium, décrite ci-dessus, recuite et noircie à 6760 7 C. Toutefois, la matière trai tée à 89808.C révèle des craquelures plus larges et plus espacées qui pénètrent- dans une certaine mesure dans le métal. C'est, ce que révèle la fig. 2 qui représente une vtie photomicroscopique- de la bande revêtue d'aluminium traitée à, 8980 8 C.
La matière chauffée à des températures nettement supé- rieures à 898 8 C se fend dans toute l'épais seur de la. bande lorsqu'on la soumet aux efforts critiqués que représente une opéra tion de formation d'une électrode.
La deuxième raison qui influe sur la limite supérieure de température est la con dition superficielle du revêtement. Lorsqu'on s'écarte des conditions de formation d'un. revêtement, noir, il en résulte une-perte nette ment accusée des caractéristiques de rayonne ment de l'électrode, qui ont une importance prépondérante en ce qui concerne le fonc tionnement efficace du tube électronique.
On a constaté que la couleur noire de la surface résulte de la formation d'un composé fer-aluminium associé à un mince film d'oxyde de fer noir. Il a été constaté, en outre, qu'il est possible d'éclaircir considérablement la surface noircie allant jusqu'au gris clair ci, la soumettant à un traitement thermique dans une atmosphère gazeuse d'hydrogène sec (point. de rosée -30 C), à 676 7 C ou bien dans une atmosphère moins réductrice et à des températures phis élevées, telles que 926 6 à. 1093 3 C. Il est évident. qu'en ce qui concerne les électrodes, cet éclaircissement est indésirable.
Dans la messire où le traitement thermique (recuit et noircissement >imulta- nés) s'effectue dans une atmosphère réduc trice d'un type réglable (car l'on ,sait que les atmosphères fortement oxydantes ont.
ten dance à former de la calamine écailleuse à faible adhérence sur le fer), il peut être dé sirable de ramener la température à 676 7 C ou au-dessous. Lorsqu'on satisfait aux condi tions exposées ci-dessus, on obtient un pro duit en feuilles ou en bandes revêtu d'une couche foncée ou noire qui se compose essen- tiellement d'un alliage fer-aluminium ou qui renferme un tel alliage. Il s'agit d'une couche distincte, très mince et. qui est distincte du fer proprement dit.
Cette couche est solide et adhérente, de sorte que l'on peut façonner ou étirer le produit plusieurs fois sans écailler le revêtement. Le support en fer ou en acier, en forme de tôles ou de bandes, aura les qua lités recherchées pour se traiter par l'étirage 011 par emboutissage, sans que ces opérations puissent nuire à l'intégrité du revêtement. Le produit aura, en outre, les autres Carac téristiques désirables qu'on a. exposées plus haut.